KR20130048155A - Semiconductor device - Google Patents

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KR20130048155A
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다카유키 조
?스케 고시오카
마사토시 요코야마
?페이 야마자키
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가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼
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Abstract

PURPOSE: A semiconductor device is provided to prevent the diffusion of a first and a second metal element in a glass substrate and to secure a transistor having a stable electrical property. CONSTITUTION: A gate electrode layer(401) is formed on a glass substrate(400) including at least one metal element. A first gate insulating layer(436) is formed on the gate electrode layer. A second gate insulating layer(402) is formed on the first gate insulating layer. An oxide semiconductor layer(403) is formed on the second gate insulating layer. A source electrode layer(405a) and a drain electrode layer(405b) are formed on the oxide semiconductor layer.

Description

반도체 장치{SEMICONDUCTOR DEVICE}Semiconductor device {SEMICONDUCTOR DEVICE}

본 발명은 반도체 장치 및 반도체 장치의 제작 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor device and a method of manufacturing a semiconductor device.

또한, 본 명세서에 있어서 반도체 장치란, 반도체 특성을 이용함으로써 기능할 수 있는 장치 전반을 가리키며, 전기 광학 장치, 반도체 회로, 및 전자 기기는 모두 반도체 장치이다.In this specification, a semiconductor device refers to the entire device that can function by utilizing semiconductor characteristics, and the electro-optical device, the semiconductor circuit, and the electronic device are all semiconductor devices.

절연 표면을 갖는 기판 위에 형성된 반도체 박막을 사용하여 트랜지스터(박막 트랜지스터(TFT)라고도 함)를 구성하는 기술이 주목을 받고 있다. 상기 트랜지스터는 집적 회로(IC)나 화상 표시 장치(표시 장치)와 같은 전자 디바이스에 널리 응용되고 있다. 트랜지스터에 적용할 수 있는 반도체 박막으로서 실리콘계 반도체 재료가 널리 알려져 있지만, 그 외의 재료로서 산화물 반도체가 주목을 받고 있다.A technique for constructing a transistor (also referred to as a thin film transistor (TFT)) using a semiconductor thin film formed on a substrate having an insulating surface has attracted attention. The transistor is widely applied to electronic devices such as an integrated circuit (IC) and an image display device (display device). Although silicon-based semiconductor materials are widely known as semiconductor thin films that can be applied to transistors, oxide semiconductors have attracted attention as other materials.

또한, 표시 장치에서는 투광성을 갖는 부재로서 유리 기판이 적합하게 사용된다.In the display device, a glass substrate is suitably used as the light transmitting member.

예를 들어, 특허문헌 1에는 유리 기판 위에 인듐(In), 갈륨(Ga), 및 아연(Zn)을 함유한 비정질 산화물(In-Ga-Zn-O계 비정질 산화물)로 이루어진 반도체층을 사용한 트랜지스터가 기재되어 있다.For example, Patent Document 1 discloses a transistor using a semiconductor layer made of amorphous oxide (In-Ga-Zn-O based amorphous oxide) containing indium (In), gallium (Ga), and zinc (Zn) on a glass substrate. Is described.

일본 공개 특허 출원 제 2011-181801호Japanese Laid-Open Patent Application No. 2011-181801

그런데, 산화물 반도체를 사용한 트랜지스터를 갖는 반도체 장치를 제품화하기 위해서는 고신뢰성화를 달성하는 것이 중요하다.By the way, in order to commercialize the semiconductor device which has a transistor using an oxide semiconductor, it is important to achieve high reliability.

특히 반도체 장치의 전기 특성의 변동이나 저하는 신뢰성의 저하를 초래하는 요인이다.In particular, fluctuations or deterioration in electrical characteristics of semiconductor devices cause deterioration of reliability.

이러한 문제를 감안하여, 산화물 반도체를 사용한 트랜지스터를 갖는 신뢰성이 높은 반도체 장치를 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다.In view of these problems, it is one of the problems to provide a highly reliable semiconductor device having a transistor using an oxide semiconductor.

유리 기판 위에 제공된 하부 게이트(bottom-gate) 구조의 스태거형(staggered) 트랜지스터를 갖는 반도체 장치에 있어서, 게이트 전극층과 산화물 반도체막 사이에 적어도 제 1 게이트 절연막과 제 2 게이트 절연막을 제공한다. 게이트 전극층 측에 제공되는 제 1 게이트 절연막의 조성과, 산화물 반도체막 측에 제공되는 제 2 게이트 절연막의 조성은 상이하게 한다. 또한, 제 1 게이트 절연막과 제 2 게이트 절연막 사이의 계면에 있어서, 유리 기판에 함유되는 제 1 금속 원소의 농도를 5×1018atoms/cm3 이하(바람직하게는 1×1018atoms/cm3 이하)로 한다.A semiconductor device having a staggered transistor of a bottom-gate structure provided on a glass substrate, wherein at least a first gate insulating film and a second gate insulating film are provided between the gate electrode layer and the oxide semiconductor film. The composition of the first gate insulating film provided on the gate electrode layer side and the composition of the second gate insulating film provided on the oxide semiconductor film side are different. Further, at the interface between the first gate insulating film and the second gate insulating film, the concentration of the first metal element contained in the glass substrate is 5 × 10 18 atoms / cm 3 or less (preferably 1 × 10 18 atoms / cm 3). Or less).

제 1 게이트 절연막에는 박막의 질화물 절연막을 사용할 수 있다. 예를 들어, 질화 실리콘막, 질화산화 실리콘막 등을 들 수 있다. 제 1 게이트 절연막은 단층 구조이든 적층 구조이든 어느 쪽이라도 좋다. 제 1 게이트 절연막의 막 두께는 얇게 할 수 있으며, 30nm 이상 50nm 이하로 할 수 있다.A thin film nitride insulating film can be used for the first gate insulating film. For example, a silicon nitride film, a silicon nitride oxide film, etc. are mentioned. The first gate insulating film may be either a single layer structure or a laminated structure. The film thickness of a 1st gate insulating film can be made thin, and can be 30 nm or more and 50 nm or less.

유리 기판과, 제 2 게이트 절연막 및 산화물 반도체막 사이에 제 1 게이트 절연막이 제공되어 있기 때문에, 유리 기판에 함유되는 제 1 금속 원소가 제 2 게이트 절연막 및 산화물 반도체막으로 확산되는 것을 방지할 수 있다.Since the first gate insulating film is provided between the glass substrate and the second gate insulating film and the oxide semiconductor film, it is possible to prevent the first metal element contained in the glass substrate from diffusing into the second gate insulating film and the oxide semiconductor film. .

유리 기판 위에 제공된 하부 게이트 구조의 스태거형 트랜지스터를 갖는 반도체 장치에 있어서, 유리 기판과 게이트 전극층 사이에 보호 절연막을 제공함으로써, 게이트 전극층과 게이트 절연막 사이의 계면에 있어서, 유리 기판에 함유되는 제 2 금속 원소의 농도를 5×1018atoms/cm3 이하(바람직하게는 1×1018atoms/cm3 이하)로 한다.A semiconductor device having a staggered transistor having a lower gate structure provided over a glass substrate, comprising: a second insulating film contained in the glass substrate at an interface between the gate electrode layer and the gate insulating film by providing a protective insulating film between the glass substrate and the gate electrode layer; The concentration of the metal element is 5 × 10 18 atoms / cm 3 or less (preferably 1 × 10 18 atoms / cm 3 or less).

보호 절연막에는 질화물 절연막을 사용할 수 있다. 예를 들어, 질화 실리콘막, 질화산화 실리콘막 등을 들 수 있다. 보호 절연막은 단층 구조이든 적층 구조이든 어느 쪽이라도 좋고, 예를 들어, 유리 기판 측으로부터 질화물 절연막 및 산화물 절연막을 이 순서로 적층하여도 좋다.A nitride insulating film can be used for the protective insulating film. For example, a silicon nitride film, a silicon nitride oxide film, etc. are mentioned. The protective insulating film may be either a single layer structure or a laminated structure. For example, the nitride insulating film and the oxide insulating film may be laminated in this order from the glass substrate side.

유리 기판과 트랜지스터 사이에 보호 절연막이 제공되어 있기 때문에, 유리 기판에 함유되는 제 2 금속 원소가 트랜지스터로 확산되는 것을 방지할 수 있다.Since a protective insulating film is provided between the glass substrate and the transistor, it is possible to prevent the second metal element contained in the glass substrate from diffusing into the transistor.

상기 '유리 기판에 함유되는 제 1 금속 원소'란 제 1 게이트 절연막 및 제 2 게이트 절연막을 구성하는 주된 원소 이외의 원소이며, 유리 기판으로부터 확산되는 원소를 가리킨다.Said "1st metal element contained in a glass substrate" is an element other than the main element which comprises a 1st gate insulating film and a 2nd gate insulating film, and refers to the element diffused from a glass substrate.

상기 '유리 기판에 함유되는 제 2 금속 원소'란 게이트 전극층 및 게이트 절연막을 구성하는 주된 원소 이외의 원소이며, 유리 기판으로부터 확산되는 원소를 가리킨다.The "second metal element contained in the glass substrate" is an element other than the main elements constituting the gate electrode layer and the gate insulating film, and refers to an element diffused from the glass substrate.

트랜지스터의 신뢰성(특성의 안정성)을 저하시키지 않기 위해서 저감해야 되는 제 1 금속 원소 및 제 2 금속 원소는 나트륨, 알루미늄, 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 바륨이며, 더 나아가서는 유리 기판에 함유되는 다른 원소인 실리콘이나 붕소도 같은 정도의 수준까지 저감하는 것이 바람직하다.The first metal element and the second metal element to be reduced in order not to lower the reliability (stability of the characteristic) of the transistor are sodium, aluminum, magnesium, calcium, strontium, barium, and further other elements contained in the glass substrate. It is desirable to reduce silicon and boron to the same level.

트랜지스터의 전기 특성의 저하나 변동을 초래하는 요인이 되는, 유리 기판에 함유되는 제 1 금속 원소 또는 제 2 금속 원소의 확산을 방지할 수 있기 때문에, 트랜지스터에 안정된 전기 특성을 부여할 수 있다.Since the diffusion of the 1st metal element or the 2nd metal element contained in a glass substrate which become a factor which causes the fall or the fluctuation | variation of the electrical characteristics of a transistor can be prevented, stable electrical characteristics can be provided to a transistor.

따라서, 산화물 반도체막을 사용한 안정된 전기 특성을 갖는 트랜지스터를 포함한 신뢰성이 높은 반도체 장치를 제공할 수 있다.Accordingly, a highly reliable semiconductor device including a transistor having stable electrical characteristics using an oxide semiconductor film can be provided.

본 명세서에서 기재하는 발명의 구성의 일 형태는 유리 기판 위에 게이트 전극층과, 게이트 전극층 위에 제 1 게이트 절연막과, 제 1 게이트 절연막 위에 순차적으로 적층된, 제 1 게이트 절연막과 조성이 상이한 제 2 게이트 절연막, 산화물 반도체막, 및 소스 전극층 및 드레인 전극층을 가지며, 제 1 게이트 절연막과 제 2 게이트 절연막 사이의 계면에 있어서, 유리 기판에 함유되는 제 1 금속 원소의 농도는 5×1018atoms/cm3 이하인, 반도체 장치이다.One embodiment of the configuration of the invention described in the present specification is a second gate insulating film having a composition different from that of the first gate insulating film sequentially stacked on the glass substrate, the gate electrode layer, the first gate insulating film on the gate electrode layer, and the first gate insulating film. , An oxide semiconductor film, and a source electrode layer and a drain electrode layer, and at an interface between the first gate insulating film and the second gate insulating film, the concentration of the first metal element contained in the glass substrate is 5 × 10 18 atoms / cm 3 or less. , Semiconductor device.

본 명세서에서 기재하는 발명의 구성의 다른 일 형태는 유리 기판 위에 게이트 전극층과, 게이트 전극층 위에 제 1 게이트 절연막과, 제 1 게이트 절연막 위에 순차적으로 적층된, 제 1 게이트 절연막과 조성이 상이한 제 2 게이트 절연막, 산화물 반도체막, 게이트 전극층과 중첩된 산화물 반도체막에 접촉하는 절연층, 및 소스 전극층 및 드레인 전극층을 가지며, 제 1 게이트 절연막과 제 2 게이트 절연막 사이의 계면에 있어서, 유리 기판에 함유되는 제 1 금속 원소의 농도는 5×1018atoms/cm3 이하인, 반도체 장치이다.Another form of the structure of this invention described in this specification is the 2nd gate whose composition differs from a 1st gate insulating film sequentially laminated on the gate electrode layer on a glass substrate, a 1st gate insulating film on a gate electrode layer, and a 1st gate insulating film. An insulating layer, an oxide semiconductor film, an insulating layer in contact with the oxide semiconductor film superimposed with the gate electrode layer, and a source electrode layer and a drain electrode layer, each of which is contained in a glass substrate at an interface between the first gate insulating film and the second gate insulating film. The concentration of one metal element is a semiconductor device which is 5 × 10 18 atoms / cm 3 or less.

본 명세서에서 기재하는 발명의 구성의 일 형태는 유리 기판 위에 보호 절연막과, 보호 절연막 위에 게이트 전극층과, 게이트 전극층 위에 순차적으로 적층된, 게이트 절연막, 산화물 반도체막, 및 소스 전극층 및 드레인 전극층을 가지며, 게이트 전극층과 게이트 절연막 사이의 계면에 있어서, 유리 기판에 함유되는 제 2 금속 원소의 농도는 5×1018atoms/cm3 이하인, 반도체 장치이다.One embodiment of the configuration of the invention described in this specification includes a protective insulating film on a glass substrate, a gate electrode layer on the protective insulating film, a gate insulating film, an oxide semiconductor film, a source electrode layer, and a drain electrode layer sequentially stacked on the gate electrode layer, At the interface between the gate electrode layer and the gate insulating film, the concentration of the second metal element contained in the glass substrate is 5 × 10 18 atoms / cm 3 or less.

본 명세서에서 기재하는 발명의 구성의 다른 일 형태는 유리 기판 위에 보호 절연막과, 보호 절연막 위에 게이트 전극층과, 게이트 전극층 위에 순차적으로 적층된, 게이트 절연막, 산화물 반도체막, 게이트 전극층과 중첩된 산화물 반도체막에 접촉하는 절연층, 및 소스 전극층 및 드레인 전극층을 가지며, 게이트 전극층과 게이트 절연막 사이의 계면에 있어서, 유리 기판에 함유되는 제 2 금속 원소의 농도는 5×1018atoms/cm3 이하인, 반도체 장치이다.Another embodiment of the configuration of the present invention described in this specification is an oxide semiconductor film overlapping a gate insulating film, an oxide semiconductor film, and a gate electrode layer sequentially stacked on a protective substrate on a glass substrate, a gate electrode layer on the protective insulating film, and a gate electrode layer. And a source electrode layer and a drain electrode layer, the semiconductor device having a concentration of a second metal element contained in the glass substrate at 5 × 10 18 atoms / cm 3 or less at an interface between the gate electrode layer and the gate insulating film. to be.

본 발명의 일 형태는 트랜지스터, 또는 트랜지스터를 포함하여 구성되는 회로를 갖는 반도체 장치에 관한 것이다. 예를 들어, 채널 형성 영역이 산화물 반도체로 형성되는 트랜지스터, 또는 상기 트랜지스터를 포함하여 구성되는 회로를 갖는 반도체 장치에 관한 것이다. 예를 들어, LSI나, CPU나, 전원 회로에 탑재되는 파워 디바이스나, 메모리, 사이리스터(thyristor), 컨버터, 이미지 센서 등을 포함한 반도체 집적 회로나, 액정 표시 패널로 대표되는 전기 광학 장치나, 발광 소자를 갖는 발광 표시 장치를 부품으로서 탑재한 전자 기기에 관한 것이다.One embodiment of the present invention relates to a semiconductor device having a transistor or a circuit including the transistor. For example, the present invention relates to a transistor in which a channel formation region is formed of an oxide semiconductor, or a semiconductor device having a circuit including the transistor. For example, an LSI, a CPU, a power device mounted in a power supply circuit, a semiconductor integrated circuit including a memory, a thyristor, a converter, an image sensor, or the like, an electro-optical device represented by a liquid crystal display panel, or light emission The present invention relates to an electronic apparatus equipped with a light emitting display device having elements.

산화물 반도체를 사용한 트랜지스터를 갖는 신뢰성이 높은 반도체 장치를 제공한다.A highly reliable semiconductor device having a transistor using an oxide semiconductor is provided.

도 1a는 반도체 장치의 일 형태를 설명하기 위한 평면도이고, 도 1b는 반도체 장치의 일 형태를 설명하기 위한 단면도.
도 2a 내지 도 2e는 반도체 장치의 제작 방법의 일 형태를 설명하기 위한 단면도.
도 3a는 반도체 장치의 일 형태를 설명하기 위한 평면도이고, 도 3b는 반도체 장치의 일 형태를 설명하기 위한 단면도.
도 4a는 반도체 장치의 일 형태를 설명하기 위한 평면도이고, 도 4b는 반도체 장치의 일 형태를 설명하기 위한 단면도.
도 5a 내지 도 5c는 반도체 장치의 일 형태를 설명하기 위한 평면도.
도 6a는 반도체 장치의 일 형태를 설명하기 위한 평면도이고, 도 6b는 반도체 장치의 일 형태를 설명하기 위한 단면도.
도 7a 및 도 7b는 반도체 장치의 일 형태를 도시한 단면도.
도 8a는 반도체 장치의 일 형태를 도시한 회로도이고, 도 8b는 반도체 장치의 일 형태를 도시한 단면도.
도 9a 내지 도 9c는 전자 기기를 도시한 도면.
도 10a 내지 도 10c는 전자 기기를 도시한 도면.
도 11a는 반도체 장치의 일 형태를 설명하기 위한 평면도이고, 도 11b는 반도체 장치의 일 형태를 설명하기 위한 단면도.
도 12a 내지 도 12e는 반도체 장치의 제작 방법의 일 형태를 설명하기 위한 단면도.
도 13a는 반도체 장치의 일 형태를 설명하기 위한 평면도이고, 도 13b는 반도체 장치의 일 형태를 설명하기 위한 단면도.
도 14a는 반도체 장치의 일 형태를 설명하기 위한 평면도이고, 도 14b는 반도체 장치의 일 형태를 설명하기 위한 단면도.
도 15a는 반도체 장치의 일 형태를 설명하기 위한 평면도이고, 도 15b는 반도체 장치의 일 형태를 설명하기 위한 단면도.
도 16a 및 도 16b는 반도체 장치의 일 형태를 도시한 단면도.
도 17a는 반도체 장치의 일 형태를 도시한 회로도이고, 도 17b는 반도체 장치의 일 형태를 도시한 단면도.
1A is a plan view illustrating one embodiment of a semiconductor device, and FIG. 1B is a cross-sectional view illustrating one embodiment of a semiconductor device.
2A to 2E are cross-sectional views illustrating one embodiment of a method of manufacturing a semiconductor device.
3A is a plan view illustrating one embodiment of a semiconductor device, and FIG. 3B is a cross-sectional view illustrating one embodiment of a semiconductor device.
4A is a plan view illustrating one embodiment of a semiconductor device, and FIG. 4B is a cross-sectional view illustrating one embodiment of a semiconductor device.
5A to 5C are plan views illustrating one embodiment of a semiconductor device.
6A is a plan view illustrating one embodiment of a semiconductor device, and FIG. 6B is a cross-sectional view illustrating one embodiment of a semiconductor device.
7A and 7B are cross-sectional views showing one embodiment of a semiconductor device.
8A is a circuit diagram illustrating one embodiment of a semiconductor device, and FIG. 8B is a cross-sectional view illustrating one embodiment of a semiconductor device.
9A-9C illustrate electronic devices.
10A to 10C illustrate electronic devices.
11A is a plan view illustrating one embodiment of a semiconductor device, and FIG. 11B is a cross-sectional view illustrating one embodiment of a semiconductor device.
12A to 12E are cross-sectional views illustrating one embodiment of a method of manufacturing a semiconductor device.
13A is a plan view illustrating one embodiment of a semiconductor device, and FIG. 13B is a cross-sectional view illustrating one embodiment of a semiconductor device.
14A is a plan view illustrating one embodiment of a semiconductor device, and FIG. 14B is a cross-sectional view illustrating one embodiment of a semiconductor device.
15A is a plan view illustrating one embodiment of a semiconductor device, and FIG. 15B is a cross-sectional view illustrating one embodiment of a semiconductor device.
16A and 16B are sectional views showing one embodiment of a semiconductor device.
17A is a circuit diagram illustrating one embodiment of a semiconductor device, and FIG. 17B is a cross-sectional view illustrating one embodiment of a semiconductor device.

이하에서는 본 명세서에 제시되는 발명의 실시형태에 대해서 도면을 사용하여 상세하게 설명한다. 다만, 본 명세서에 제시되는 발명은 이하의 설명에 한정되지 않고, 그 형태 및 상세한 사항을 다양하게 변경할 수 있는 것은 당업자이면 용이하게 이해할 수 있다. 또한, 본 명세서에 제시되는 발명은 이하에 기재되는 실시형태의 내용에 한정되어 해석되는 것이 아니다. 또한, '제 1', '제 2'로 붙이는 서수사는 편의상 사용한 것이며, 공정 순서 또는 적층 순서를 나타내는 것이 아니다. 또한, 본 명세서에 있어서 발명을 특정하기 위한 사항으로서 고유의 명칭을 나타내는 것이 아니다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, embodiment of this invention shown in this specification is described in detail using drawing. However, the invention presented in this specification is not limited to the following description, and it can be easily understood by those skilled in the art that various changes in form and details thereof can be made. In addition, invention presented in this specification is limited to the content of embodiment described below, and is not interpreted. In addition, the ordinal numbers attached by "1st" and "2nd" are used for convenience, and do not represent a process order or lamination order. In addition, in this specification, as a matter for specifying invention, the original name is not shown.

(실시형태 1)(Embodiment 1)

본 실시형태에서는 반도체 장치 및 반도체 장치의 제작 방법의 일 형태를 도 1a 및 도 1b를 사용하여 설명한다. 본 실시형태에서는 반도체 장치의 일례로서 산화물 반도체막을 갖는 트랜지스터를 제시한다.In this embodiment, one embodiment of the semiconductor device and the manufacturing method of the semiconductor device will be described with reference to FIGS. 1A and 1B. In this embodiment, a transistor having an oxide semiconductor film is presented as an example of a semiconductor device.

트랜지스터는 하나의 채널 형성 영역이 형성되는 싱글 게이트 구조, 2개의 채널 형성 영역이 형성되는 더블 게이트 구조, 또는 3개의 채널 형성 영역이 형성되는 트리플 게이트 구조 중 어느 것이나 좋다. 또한, 채널 형성 영역의 상하에 게이트 절연막을 개재(介在)하여 배치된 2개의 게이트 전극층을 갖는 듀얼 게이트형이어도 좋다.The transistor may be either a single gate structure in which one channel formation region is formed, a double gate structure in which two channel formation regions are formed, or a triple gate structure in which three channel formation regions are formed. Alternatively, a dual gate type may be provided having two gate electrode layers disposed above and below the channel formation region with a gate insulating film interposed therebetween.

도 1a 및 도 1b에 도시된 트랜지스터(440)는 하부 게이트 구조의 한가지이며 역스태거형(inverted-staggered) 트랜지스터라고도 하는 트랜지스터의 일례이다. 도 1a는 평면도이고, 도 1a에 도시된 일점 쇄선 V-Z에서 절단한 부분의 단면이 도 1b에 상당한다.The transistor 440 shown in FIGS. 1A and 1B is one example of a bottom gate structure and is an example of a transistor, also referred to as an inverted-staggered transistor. FIG. 1A is a plan view, and a cross section of a portion cut along the dashed-dotted line V-Z shown in FIG. 1A corresponds to FIG. 1B.

트랜지스터(440)의 채널 길이 방향의 단면도인 도 1b에 도시된 바와 같이, 트랜지스터(440)를 포함한 반도체 장치는 유리 기판(400) 위에 게이트 전극층(401)과, 게이트 전극층(401)을 덮도록 제 1 게이트 절연막(436)이 제공되고, 제 1 게이트 절연막(436) 위에 제 2 게이트 절연막(402), 산화물 반도체막(403), 소스 전극층(405a), 및 드레인 전극층(405b)을 갖는다. 또한, 트랜지스터(440)를 덮는 절연막(407)이 제공되어 있다.As shown in FIG. 1B, which is a cross-sectional view of the transistor 440 in the channel length direction, the semiconductor device including the transistor 440 may be formed to cover the gate electrode layer 401 and the gate electrode layer 401 on the glass substrate 400. A first gate insulating film 436 is provided, and has a second gate insulating film 402, an oxide semiconductor film 403, a source electrode layer 405a, and a drain electrode layer 405b over the first gate insulating film 436. In addition, an insulating film 407 covering the transistor 440 is provided.

게이트 전극층(401)과 산화물 반도체막(403) 사이에 적어도 제 1 게이트 절연막(436)과 제 2 게이트 절연막(402)을 제공한다. 게이트 전극층(401) 측에 제공되는 제 1 게이트 절연막(436)의 조성과, 산화물 반도체막(403) 측에 제공되는 제 2 게이트 절연막(402)의 조성은 상이하게 한다. 또한, 제 1 게이트 절연막(436)과 제 2 게이트 절연막(402) 사이의 계면에 있어서, 유리 기판(400)에 함유되는 제 1 금속 원소의 농도를 5×1018atoms/cm3 이하(바람직하게는 1×1018atoms/cm3 이하)로 한다. 상기 '유리 기판(400)에 함유되는 제 1 금속 원소'란 제 1 게이트 절연막(436) 및 제 2 게이트 절연막(402)을 구성하는 주된 원소 이외의 원소이며, 유리 기판(400)으로부터 확산되는 원소를 가리킨다.At least a first gate insulating film 436 and a second gate insulating film 402 are provided between the gate electrode layer 401 and the oxide semiconductor film 403. The composition of the first gate insulating film 436 provided on the gate electrode layer 401 side and the composition of the second gate insulating film 402 provided on the oxide semiconductor film 403 side are different. Further, at the interface between the first gate insulating film 436 and the second gate insulating film 402, the concentration of the first metal element contained in the glass substrate 400 is 5 × 10 18 atoms / cm 3 or less (preferably Is 1 × 10 18 atoms / cm 3 or less). The 'first metal element contained in the glass substrate 400' is an element other than the main elements constituting the first gate insulating film 436 and the second gate insulating film 402 and is diffused from the glass substrate 400. Point to.

상기 유리 기판(400)에 함유되는 제 1 금속 원소의 농도는 이차 이온 질량 분석법(SIMS: Secondary Ion Mass Spectrometry)을 이용하여 측정된다.The concentration of the first metal element contained in the glass substrate 400 is measured by using secondary ion mass spectrometry (SIMS).

제 1 게이트 절연막(436)에는 박막의 질화물 절연막을 사용할 수 있다. 예를 들어, 질화 실리콘막, 질화산화 실리콘막 등을 들 수 있다. 제 1 게이트 절연막(436)의 막 두께는 얇게 할 수 있으며, 30nm 이상 50nm 이하로 할 수 있다. 제 1 게이트 절연막(436)은 단층 구조이든 적층 구조이든 어느 쪽이라도 좋다.A thin film nitride insulating film may be used for the first gate insulating film 436. For example, a silicon nitride film, a silicon nitride oxide film, etc. are mentioned. The film thickness of the first gate insulating film 436 can be thin, and can be 30 nm or more and 50 nm or less. The first gate insulating film 436 may be either a single layer structure or a stacked structure.

또한, 유리 기판(400)으로부터 불순물이 확산되는 것을 방지하기 위한 제 1 게이트 절연막(436)으로서, 티타늄(Ti), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 하프늄(Hf), 탄탈(Ta), 란탄(La), 지르코늄(Zr), 니켈(Ni), 마그네슘(Mg), 바륨(Ba), 및 알루미늄(Al) 중에서 선택되는 임의의 1 종류 이상의 금속 원소를 함유한 금속 산화물 절연막(예를 들어, 산화 알루미늄막, 산화질화 알루미늄막, 산화 하프늄막, 산화 마그네슘막, 산화 지르코늄막, 산화 란탄막, 산화 바륨막), 또는 상술한 금속 원소를 성분으로 하는 금속 질화물 절연막(질화 알루미늄막, 질화산화 알루미늄막)을 사용할 수 있다. 또한, 제 1 게이트 절연막(436)에는 산화 갈륨막, In-Zr-Zn계 산화물막, In-Fe-Zn계 산화물막, In-Ce-Zn계 산화물막 등도 사용할 수 있다.In addition, as the first gate insulating film 436 to prevent diffusion of impurities from the glass substrate 400, titanium (Ti), molybdenum (Mo), tungsten (W), hafnium (Hf), tantalum (Ta), Metal oxide insulating films containing any one or more metal elements selected from lanthanum (La), zirconium (Zr), nickel (Ni), magnesium (Mg), barium (Ba), and aluminum (Al) (e.g., , An aluminum oxide film, an aluminum oxynitride film, a hafnium oxide film, a magnesium oxide film, a zirconium oxide film, a lanthanum oxide film, a barium oxide film), or a metal nitride insulating film (aluminum nitride film, oxynitride) containing the above-described metal element Aluminum film) can be used. A gallium oxide film, an In—Zr—Zn oxide film, an In—Fe—Zn oxide film, an In—Ce—Zn oxide film, or the like may also be used for the first gate insulating film 436.

유리 기판(400)에 함유되는 제 1 금속 원소로서는 다음과 같은 원소를 예로 들 수 있다. 예를 들어, 유리 기판(400)이 소다 석회 유리(soda-lime glass)인 경우에는 소다 석회 유리의 성분이 산화 실리콘(SiO2), 탄산 나트륨(Na2CO3), 탄산 칼슘(CaCO3)이기 때문에, 금속 원소로서 나트륨이나 칼슘 등의 원소가 대상이 된다. 또한, 유리 기판(400)이 액정 디스플레이 등의 표시 패널에서 사용되는, 소위 무(無)알칼리 유리(소다가 사용되지 않은 유리)라고 불리는 부류의 것이라면, 그 성분은 SiO2, Al2O3, B2O3, RO(R은 가수(價數)가 2의 금속 원소이며, 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 바륨)이며, 금속 원소로서는 알루미늄, 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 바륨이 대상 원소가 된다.Examples of the first metal element contained in the glass substrate 400 include the following elements. For example, when the glass substrate 400 is soda-lime glass, the components of the soda lime glass are silicon oxide (SiO 2 ), sodium carbonate (Na 2 CO 3 ), and calcium carbonate (CaCO 3 ). For this reason, elements, such as sodium and calcium, are an object as a metal element. In addition, if the class is called a glass substrate 400 (glass are soda is used) are so-called free (無) alkaline glass is used in a display panel such as a liquid crystal display, the component is SiO 2, Al 2 O 3, B 2 O 3 and RO (R is a metal element having a valence of 2 and magnesium, calcium, strontium and barium), and aluminum, magnesium, calcium, strontium and barium as the metal elements are the target elements.

어쨌든 트랜지스터의 신뢰성(특성의 안정성)을 저하시키지 않기 위해서 저감해야 되는 금속 원소는 나트륨, 알루미늄, 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 바륨이며, 더 나아가서는 유리 기판에 함유되는 다른 원소인 실리콘이나 붕소도 같은 정도의 수준까지 저감시키는 것이 바람직하다.In any case, the metal elements to be reduced in order not to lower the reliability (stability of the characteristics) of the transistors are sodium, aluminum, magnesium, calcium, strontium and barium, and even silicon and boron, which are other elements contained in the glass substrate, are the same. It is desirable to reduce the level to.

유리 기판(400)과, 제 2 게이트 절연막(402) 및 산화물 반도체막(403) 사이에 제 1 게이트 절연막(436)이 제공되어 있기 때문에, 유리 기판(400)에 함유되는 제 1 금속 원소가 제 2 게이트 절연막(402) 및 산화물 반도체막(403)으로 확산되는 것을 방지할 수 있다.Since the first gate insulating film 436 is provided between the glass substrate 400, the second gate insulating film 402, and the oxide semiconductor film 403, the first metal element contained in the glass substrate 400 is formed. Diffusion to the two gate insulating film 402 and the oxide semiconductor film 403 can be prevented.

또한, 제 1 게이트 절연막(436)에 질화 실리콘막과 같이 치밀한 절연막을 제공하면, 유리 기판(400)에 함유되는 나트륨 등의 가동(可動) 이온이 트랜지스터(440)로 확산되는 것도 방지할 수 있다.In addition, by providing a dense insulating film such as a silicon nitride film in the first gate insulating film 436, it is possible to prevent diffusion of movable ions such as sodium contained in the glass substrate 400 into the transistor 440. .

트랜지스터(440)의 전기 특성의 저하나 변동을 초래하는 요인이 되는, 유리 기판(400)에 함유되는 제 1 금속 원소의 확산을 방지할 수 있기 때문에, 트랜지스터(440)에 안정된 전기 특성을 부여할 수 있다.Since the diffusion of the first metal element contained in the glass substrate 400, which causes the deterioration or fluctuation of the electrical characteristics of the transistor 440, can be prevented, it is possible to give the transistor 440 stable electrical characteristics. Can be.

이들 금속 원소가 게이트 전극층의 주변에 존재하면, 게이트 절연막 또는 게이트 전극층과 게이트 절연막의 계면에 결함이 생성되고, 거기에 전하가 트랩됨으로써, 트랜지스터의 전기적 특성 변동이 초래되는 것으로 생각된다. 예를 들어, 게이트 전극층 주변에 양의 전하가 트랩되면, 트랜지스터의 전기적 특성은 노멀리 온의 방향으로 변동되는 것이 우려된다. 또한, 나트륨과 같은 가동 이온이 게이트 절연막에 함유되면, 게이트 전극층에 양의 바이어스를 인가한 경우에 양의 가동 이온이 게이트 절연막과 산화물 반도체막의 계면으로 이동하게 되기 때문에, 트랜지스터의 전기적 특성은 노멀리 온의 방향으로 변동하는 원인이 된다. 따라서, 트랜지스터의 전기적 특성을 안정화시키기 위해서는 이러한 악영향을 미치는 것으로 생각되는 금속 원소가 유리 기판으로부터 게이트 절연막 측으로 침입하는 것을 방지하는 것이 유효하다.When these metal elements exist in the vicinity of the gate electrode layer, a defect is generated at the interface between the gate insulating film or the gate electrode layer and the gate insulating film, and the charge is trapped therein, which is considered to cause variation in the electrical characteristics of the transistor. For example, if a positive charge is trapped around the gate electrode layer, it is feared that the electrical characteristics of the transistor will change in the direction of normally on. In addition, when movable ions such as sodium are contained in the gate insulating film, the positive movable ions move to the interface between the gate insulating film and the oxide semiconductor film when a positive bias is applied to the gate electrode layer, so that the electrical characteristics of the transistor are normally It causes a fluctuation in the on direction. Therefore, in order to stabilize the electrical characteristics of the transistor, it is effective to prevent metal elements, which are thought to have such adverse effects, from invading from the glass substrate to the gate insulating film side.

따라서, 산화물 반도체막(403)을 사용한 안정된 전기 특성을 갖는 트랜지스터(440)를 포함한 신뢰성이 높은 반도체 장치를 제공할 수 있다.Therefore, a highly reliable semiconductor device including the transistor 440 having stable electrical characteristics using the oxide semiconductor film 403 can be provided.

산화물 반도체막(403)에 사용하는 산화물 반도체는 적어도 인듐(In)을 포함한다. 특히 In과 아연(Zn)을 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 산화물 반도체막을 사용한 트랜지스터의 전기 특성의 변동을 감소시키기 위한 스테빌라이저로서, In과 Zn에 추가하여 갈륨(Ga)을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 스테빌라이저로서 주석(Sn)을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 스테빌라이저로서 하프늄(Hf)을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 스테빌라이저로서 알루미늄(Al)을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 스테빌라이저로서 지르코늄(Zr)을 갖는 것이 바람직하다.The oxide semiconductor used for the oxide semiconductor film 403 contains at least indium (In). It is particularly preferable to include In and zinc (Zn). In addition, it is preferable to have gallium (Ga) in addition to In and Zn as a stabilizer for reducing the variation of the electrical characteristics of the transistor using the oxide semiconductor film. Further, it is preferable to have tin (Sn) as a stabilizer. Further, it is preferable to have hafnium (Hf) as a stabilizer. Further, it is preferable to have aluminum (Al) as a stabilizer. Further, it is preferable to have zirconium (Zr) as a stabilizer.

또한, 그 외의 스테빌라이저로서, 란타노이드인 란탄(La), 세륨(Ce), 프라세오디뮴(Pr), 네오디뮴(Nd), 사마륨(Sm), 유로퓸(Eu), 가돌리늄(Gd), 테르븀(Tb), 디스프로슘(Dy), 홀뮴(Ho), 에르븀(Er), 툴륨(Tm), 이테르븀(Yb), 루테튬(Lu) 중 임의의 1종류 또는 복수 종류를 가져도 좋다.In addition, as other stabilizers, lanthanides such as lanthanum (La), cerium (Ce), praseodymium (Pr), neodymium (Nd), samarium (Sm), europium (Eu), gadolinium (Gd) and terbium (Tb) Or any one or a plurality of dysprosium (Dy), holmium (Ho), erbium (Er), thulium (Tm), ytterbium (Yb), and lutetium (Lu).

예를 들어, 산화물 반도체로서 산화 인듐, 산화 주석, 산화 아연, 2원계 금속의 산화물인 In-Zn계 산화물, In-Mg계 산화물, In-Ga계 산화물, 3원계 금속의 산화물인 In-Ga-Zn계 산화물(IGZO라고도 표기함), In-Al-Zn계 산화물, In-Sn-Zn계 산화물, In-Hf-Zn계 산화물, In-La-Zn계 산화물, In-Ce-Zn계 산화물, In-Pr-Zn계 산화물, In-Nd-Zn계 산화물, In-Sm-Zn계 산화물, In-Eu-Zn계 산화물, In-Gd-Zn계 산화물, In-Tb-Zn계 산화물, In-Dy-Zn계 산화물, In-Ho-Zn계 산화물, In-Er-Zn계 산화물, In-Tm-Zn계 산화물, In-Yb-Zn계 산화물, In-Lu-Zn계 산화물, 4원계 금속의 산화물인 In-Sn-Ga-Zn계 산화물, In-Hf-Ga-Zn계 산화물, In-Al-Ga-Zn계 산화물, In-Sn-Al-Zn계 산화물, In-Sn-Hf-Zn계 산화물, In-Hf-Al-Zn계 산화물을 사용할 수 있다.For example, indium oxide, tin oxide, zinc oxide, In-Zn-based oxides, In-Mg-based oxides, In-Ga-based oxides, and In-Ga- oxides of ternary metals as oxide semiconductors. Zn oxide (also referred to as IGZO), In-Al-Zn oxide, In-Sn-Zn oxide, In-Hf-Zn oxide, In-La-Zn oxide, In-Ce-Zn oxide, In-Pr-Zn oxide, In-Nd-Zn oxide, In-Sm-Zn oxide, In-Eu-Zn oxide, In-Gd-Zn oxide, In-Tb-Zn oxide, In- Dy-Zn oxide, In-Ho-Zn oxide, In-Er-Zn oxide, In-Tm-Zn oxide, In-Yb-Zn oxide, In-Lu-Zn oxide, quaternary metal In-Sn-Ga-Zn oxides, In-Hf-Ga-Zn oxides, In-Al-Ga-Zn oxides, In-Sn-Al-Zn oxides, In-Sn-Hf-Zn oxides An oxide and an In-Hf-Al-Zn type oxide can be used.

또한, 여기서는 예를 들어, In-Ga-Zn계 산화물이란 In, Ga, 및 Zn을 주성분으로서 갖는 산화물을 의미하고, In, Ga, 및 Zn의 비율은 불문한다. 또한, In과 Ga와 Zn 이외의 금속 원소가 포함되어도 좋다.In addition, an In-Ga-Zn type oxide means the oxide which has In, Ga, and Zn as a main component here, for example, and the ratio of In, Ga, and Zn is irrespective. Moreover, metallic elements other than In, Ga, and Zn may be contained.

또한, 산화물 반도체로서, InMO3(ZnO)m(m>0, 또한 m은 정수가 아님)으로 표기되는 재료를 사용하여도 좋다. 또한, M은 Ga, Fe, Mn, 및 Co 중에서 선택된 하나의 금속 원소 또는 복수의 금속 원소를 나타낸다. 또한, 산화물 반도체로서, In2SnO5(ZnO)n(n>0, 또한 n은 정수)으로 표기되는 재료를 사용하여도 좋다.As the oxide semiconductor, a material denoted by InMO 3 (ZnO) m (m> 0, and m is not an integer) may be used. In addition, M represents one metal element or a plurality of metal elements selected from Ga, Fe, Mn, and Co. As the oxide semiconductor, a material represented by In 2 SnO 5 (ZnO) n (n> 0, where n is an integer) may be used.

예를 들어, 원자수비가 In: Ga: Zn= 1: 1: 1(= 1/3: 1/3: 1/3), In: Ga: Zn= 2: 2: 1(= 2/5: 2/5: 1/5), 또는 In: Ga: Zn= 3: 1: 2(= 1/2: 1/6: 1/3)인 In-Ga-Zn계 산화물이나 이것과 근방의 조성을 갖는 산화물을 사용할 수 있다. 또는, 원자수비가 In: Sn: Zn= 1: 1: 1(= 1/3: 1/3: 1/3), In: Sn: Zn= 2: 1: 3(= 1/3: 1/6: 1/2) 또는 In: Sn: Zn= 2: 1: 5(= 1/4: 1/8: 5/8)인 In-Sn-Zn계 산화물이나 이것과 근방의 조성을 갖는 산화물을 사용하면 좋다.For example, the atomic ratio is In: Ga: Zn = 1: 1: 1 (= 1/3: 1/3: 1/3), In: Ga: Zn = 2: 2: 1 (= 2/5: 2/5: 1/5), or In-Ga-Zn-based oxide having In: Ga: Zn = 3: 1: 2 (= 1/2: 1/6: 1/3) or having a composition near thereto Oxides can be used. Alternatively, the atomic ratio is In: Sn: Zn = 1: 1: 1 (= 1/3: 1/3: 1/3), In: Sn: Zn = 2: 1: 3 (= 1/3: 1 / 6: 1/2) or In: Sn: Zn = 2: 1: 5 (= 1/4: 1/8: 5/8) In-Sn-Zn-based oxide or an oxide having a composition adjacent thereto Do it.

그러나, 적어도 인듐을 함유한 산화물 반도체는 상술한 것에 한정되지 않고, 필요한 반도체 특성(이동도, 임계값, 편차 등)에 따라 적절한 조성을 갖는 것을 사용하면 좋다. 또한, 필요한 반도체 특성을 얻기 위해서, 캐리어 농도나 불순물 농도, 결함 밀도, 금속 원소와 산소의 원자수비, 원자간 거리, 밀도 등을 적절하게 하는 것이 바람직하다.However, the oxide semiconductor containing at least indium is not limited to the above-described one, and one having an appropriate composition may be used depending on the required semiconductor characteristics (mobility, threshold value, deviation, and the like). In addition, in order to obtain necessary semiconductor characteristics, it is preferable to appropriately set the carrier concentration, the impurity concentration, the defect density, the atomic ratio of the metal element and oxygen, the interatomic distance, the density, and the like.

예를 들어, In-Sn-Zn계 산화물을 사용하면, 비교적 용이하게 높은 이동도를 얻을 수 있다. 그러나, In-Ga-Zn계 산화물을 사용한 경우에도 벌크 내 결함 밀도를 저감함으로써 이동도를 향상시킬 수 있다.For example, when In-Sn-Zn-based oxides are used, high mobility can be obtained relatively easily. However, even when In-Ga-Zn-based oxides are used, mobility can be improved by reducing the defect density in the bulk.

또한 예를 들어, In, Ga, Zn의 원자수비가 In: Ga: Zn=a: b: c(a+b+c=1)인 산화물의 조성이, 원자수비가 In: Ga: Zn=A: B: C(A+B+C=1)인 산화물의 조성의 근방이라고 하는 것은 a, b, c가 (a-A)2+(b-B)2+(c-C)2≤r2를 만족시키는 것을 가리킨다. r은 예를 들어, 0.05로 하면 좋다. 이것은 다른 산화물이라도 마찬가지이다.For example, the composition of the oxide whose atomic ratio of In, Ga, and Zn is In: Ga: Zn = a: b: c (a + b + c = 1) has the atomic ratio of In: Ga: Zn = A: B: C The vicinity of the composition of the oxide of (A + B + C = 1) indicates that a, b, and c satisfy (aA) 2 + (bB) 2 + (cC) 2 ≤ r 2 . r may be 0.05, for example. This also applies to other oxides.

산화물 반도체막(403)은 단결정, 다결정(폴리크리스탈이라고도 함), 또는 비정질 등의 상태를 취한다.The oxide semiconductor film 403 takes a state of single crystal, polycrystal (also called polycrystal), or amorphous.

바람직하게는, 산화물 반도체막은 CAAC-OS(C Axis Aligned Crystalline Oxide Semiconductor)막으로 한다.Preferably, the oxide semiconductor film is a CA Axis-O (C Axis Aligned Crystalline Oxide Semiconductor) film.

CAAC-OS막은 완전한 단결정이 아니고 완전한 비정질도 아니다. CAAC-OS막은 비정질상에 결정부를 갖는 결정-비정질 혼상 구조의 산화물 반도체막이다. 또한, 상기 결정부는 하나의 변이 100nm 미만인 입방체 내에 들어가는 크기인 경우가 많다. 또한, 투과형 전자 현미경(TEM: Transmission Electron Microscope)에 의한 관찰상에서는 CAAC-OS막에 포함되는 비정질부와 결정부의 경계는 명확하지 않다. 또한, TEM에 의한 관찰상에서는 CAAC-OS막에는 입계(그레인 바운더리라고도 함)가 확인되지 않는다. 그러므로, CAAC-OS막은 입계에 기인한 전자 이동도의 저하가 억제되어 있다고 할 수 있다.The CAAC-OS film is neither a perfect single crystal nor a perfect amorphous. The CAAC-OS film is an oxide semiconductor film having a crystal-amorphous mixed phase structure having a crystal part in an amorphous phase. In addition, the crystal part is often the size that one side is contained in a cube of less than 100nm. In addition, on the observation by a transmission electron microscope (TEM), the boundary between the amorphous part and the crystal part included in the CAAC-OS film is not clear. In addition, on the observation by TEM, grain boundaries (also called grain boundaries) are not confirmed on the CAAC-OS film. Therefore, it can be said that the CAAC-OS film suppresses the decrease in electron mobility due to grain boundaries.

CAAC-OS막에 포함되는 결정부는 c축이 CAAC-OS막의 피형성면의 법선 벡터 또는 표면의 법선 벡터에 평행한 방향으로 정렬되고, 또한 ab면에 수직인 방향으로부터 보아 삼각형 또는 육각형의 원자 배열을 갖고, c축에 수직인 방향으로부터 보아 금속 원자가 층상으로 배열되거나 또는 금속 원자와 산소 원자가 층상으로 배열되어 있다. 또한, 상이한 결정부 사이에서 a축 및 b축의 방향이 각각 상이하여도 좋다. 본 명세서에 있어서 단순히 '수직'이라고 기재된 경우에는, 85° 이상 95° 이하의 범위도 포함되는 것으로 한다. 또한, 단순히 '평행'이라고 기재된 경우에는, -5° 이상 5° 이하의 범위도 포함되는 것으로 한다.The crystal part included in the CAAC-OS film has a c-axis aligned in a direction parallel to the normal vector of the surface to be formed of the CAAC-OS film or the normal vector of the surface, and also has a triangular or hexagonal atomic arrangement as viewed from the direction perpendicular to the ab plane. And the metal atoms are arranged in layers, or the metal atoms and oxygen atoms are arranged in layers as viewed from the direction perpendicular to the c-axis. In addition, the directions of the a-axis and the b-axis may be different between the different crystal parts. In this specification, when simply described as "vertical", the range of 85 degrees or more and 95 degrees or less shall also be included. In addition, when simply described as "parallel", the range of -5 degrees or more and 5 degrees or less shall also be included.

또한, CAAC-OS막에서 결정부의 분포가 균일하지 않아도 좋다. 예를 들어, CAAC-OS막의 형성 과정에서 산화물 반도체막의 표면 측으로부터 결정 성장시키는 경우에는, 피형성면 근방보다 표면 근방에서 결정부가 차지하는 비율이 높을 수가 있다. 또한, CAAC-OS막에 불순물을 첨가함으로써 상기 불순물 첨가 영역에서 결정부가 비정질화되는 경우도 있다.In addition, the distribution of crystal parts in the CAAC-OS film may not be uniform. For example, in the case of crystal growth from the surface side of the oxide semiconductor film during the formation of the CAAC-OS film, the proportion of the crystal portion in the surface vicinity may be higher than in the vicinity of the formation surface. In addition, by adding an impurity to the CAAC-OS film, a crystal part may be amorphous in the impurity addition region.

CAAC-OS막에 포함되는 결정부의 c축은 CAAC-OS막의 피형성면의 법선 벡터 또는 표면의 법선 벡터에 평행한 방향으로 정렬되기 때문에, CAAC-OS막의 형상(피형성면의 단면 형상 또는 표면의 단면 형상)에 따라서는 서로 상이한 방향을 향할 수가 있다. 또한, 결정부의 c축의 방향은 CAAC-OS막이 형성되었을 때의 피형성면의 법선 벡터 또는 표면의 법선 벡터에 평행한 방향이 된다. 성막에 의하여, 또는 성막 후의 가열 처리 등의 결정화 처리에 의하여, 결정부가 형성된다.Since the c-axis of the crystal part included in the CAAC-OS film is aligned in a direction parallel to the normal vector of the surface to be formed of the CAAC-OS film or the normal vector of the surface, the shape of the CAAC-OS film (the cross-sectional shape of the surface to be formed or Depending on the cross-sectional shape), they can face different directions. In addition, the c-axis direction of the crystal part becomes a direction parallel to the normal vector of the surface to be formed or the normal vector of the surface when the CAAC-OS film is formed. The crystal part is formed by film formation or by crystallization treatment such as heat treatment after film formation.

CAAC-OS막을 사용한 트랜지스터는 가시광이나 자외광의 조사로 인한 전기 특성의 변동을 저감할 수 있다. 따라서, 상기 트랜지스터는 신뢰성이 높다.The transistor using the CAAC-OS film can reduce variations in electrical characteristics due to irradiation of visible or ultraviolet light. Thus, the transistor is highly reliable.

또한, 산화물 반도체막을 구성하는 산소의 일부는 질소로 치환되어도 좋다.Further, a part of oxygen constituting the oxide semiconductor film may be substituted with nitrogen.

또한, CAAC-OS와 같이 결정부를 갖는 산화물 반도체에서는, 벌크 내의 결함을 더 저감시킬 수 있고, 표면의 평탄성을 높이면 비정질 상태의 산화물 반도체 이상의 이동도를 얻을 수 있다. 표면의 평탄성을 높이기 위해서는 평탄한 표면 위에 산화물 반도체를 형성하는 것이 바람직하고, 구체적으로는 평균 면 거칠기(Ra)가 1nm 이하, 바람직하게는 0.3nm 이하, 더 바람직하게는 0.1nm 이하인 표면 위에 형성하면 좋다.In addition, in oxide semiconductors having crystal parts such as CAAC-OS, defects in bulk can be further reduced, and mobility of the oxide semiconductor in an amorphous state can be obtained by increasing the flatness of the surface. In order to increase the flatness of the surface, it is preferable to form an oxide semiconductor on a flat surface, specifically, the average surface roughness Ra may be formed on the surface of 1 nm or less, preferably 0.3 nm or less, more preferably 0.1 nm or less. .

Ra란 JIS B 0601:2001(ISO4287:1997)에서 정의되어 있는 산술 평균 거칠기를 곡면에 대하여 적용할 수 있도록 3차원으로 확장한 것이며, ‘기준면으로부터 지정면까지의 편차의 절대값을 평균한 값’으로 표현할 수 있고, 다음 수학식으로 정의된다.Ra is a three-dimensional extension of the arithmetic mean roughness defined in JIS B 0601: 2001 (ISO4287: 1997) to be applied to curved surfaces, and is defined as 'average of the absolute value of the deviation from the reference plane to the specified plane'. Can be expressed and is defined by the following equation.

[식 1][Formula 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

여기서, 지정면이란 거칠기 계측의 대상이 되는 면이며, 좌표(x1, y1, f(x1, y1)), (x1, y2, f(x1, y2)), (x2, y1, f(x2, y1)), (x2, y2, f(x2, y2))의 4점을 연결하여 이루어진 사각형의 영역으로 하고, 지정면을 xy평면에 투영한 직사각형의 면적을 S0, 기준면의 높이(지정면의 평균 높이)를 Z0로 한다. Ra는 원자간력 현미경(AFM: Atomic Force Microscope)을 이용하여 측정할 수 있다.Here, the designated surface is a surface to be subjected to roughness measurement, and coordinates (x 1 , y 1 , f (x 1 , y 1 )), (x 1 , y 2 , f (x 1 , y 2 )), (x 2 , y 1 , f (x 2 , y 1 )), (x 2 , y 2 , f (x 2 , y 2 )) to form a rectangular area formed by connecting four points, and project the specified surface onto the xy plane. The area of one rectangle is S 0 , and the height of the reference plane (average height of the designated plane) is Z 0 . Ra can be measured using Atomic Force Microscope (AFM).

다만, 본 실시형태에서 설명하는 트랜지스터(440)는 하부 게이트형이기 때문에, 산화물 반도체막 아래 쪽에는 유리 기판(400)과 게이트 전극층(401)과 제 2 게이트 절연막(402)이 존재한다. 따라서, 상기 평탄한 표면을 얻기 위해서, 게이트 전극층(401) 및 제 2 게이트 절연막(402)을 형성한 후, CMP 처리 등의 평탄화 처리를 수행하여도 좋다.However, since the transistor 440 described in the present embodiment has a lower gate type, a glass substrate 400, a gate electrode layer 401, and a second gate insulating film 402 exist below the oxide semiconductor film. Therefore, in order to obtain the flat surface, after the gate electrode layer 401 and the second gate insulating film 402 are formed, a planarization process such as a CMP process may be performed.

산화물 반도체막(403)의 막 두께는 1nm 이상 30nm 이하(바람직하게는, 5nm 이상 10nm 이하)로 하고, 스퍼터링법, MBE(Molecular Beam Epitaxy)법, CVD법, 펄스레이저 퇴적법, ALD(Atomic Layer Deposition)법 등을 적절히 이용할 수 있다. 또한, 스퍼터링 타깃 표면에 대략 수직으로 복수의 기판 표면이 세트된 상태에서 막을 형성하는 스퍼터링 장치를 이용하여 산화물 반도체막(403)을 형성하여도 좋다.The film thickness of the oxide semiconductor film 403 is 1 nm or more and 30 nm or less (preferably 5 nm or more and 10 nm or less), and sputtering method, MBE (Molecular Beam Epitaxy) method, CVD method, pulse laser deposition method, ALD (Atomic Layer) Deposition) etc. can be used suitably. Further, the oxide semiconductor film 403 may be formed using a sputtering apparatus that forms a film in a state where a plurality of substrate surfaces are set substantially perpendicular to the sputtering target surface.

CAAC-OS막은 예를 들어, 다결정인 산화물 반도체 스퍼터링용 타깃을 사용하여 스퍼터링법에 의해 형성한다. 상기 스퍼터링용 타깃에 이온이 충돌되면, 스퍼터링용 타깃에 포함되는 결정 영역이 a-b면으로부터 벽개(劈開)되고, a-b면에 평행한 면을 갖는 평판 형상 또는 펠릿(pellet) 형상의 스퍼터링 입자가 박리되는 경우가 있다. 이 경우에는 상기 평판 형상의 스퍼터링 입자가 결정 상태를 유지한 채 기판에 도달함으로써, CAAC-OS막을 형성할 수 있다.A CAAC-OS film is formed by the sputtering method using the target for oxide semiconductor sputtering which is polycrystal, for example. When ions collide with the sputtering target, crystal regions included in the sputtering target are cleaved from the ab plane, and flat or pellet-shaped sputtering particles having a plane parallel to the ab plane are peeled off. There is a case. In this case, a CAAC-OS film can be formed by reaching the board | substrate with the said flat sputtering particle | grains maintaining a crystalline state.

또한, CAAC-OS막을 형성하기 위해서 이하의 조건을 적용하는 것이 바람직하다.In addition, the following conditions are preferably applied to form the CAAC-OS film.

막을 형성할 때 불순물 혼입을 저감시킴으로써, 불순물로 인하여 결정 상태가 흐트러지는 것을 억제할 수 있다. 예를 들어, 성막실 내에 존재하는 불순물 농도(수소, 물, 이산화탄소, 및 질소 등)를 저감시키면 좋다. 또한, 성막 가스 내의 불순물 농도를 저감시키면 좋다. 구체적으로는, 이슬점이 -80℃ 이하, 바람직하게는 -100℃ 이하인 성막 가스를 사용한다.By reducing the incorporation of impurities in the formation of the film, it is possible to suppress the disturbance of the crystal state due to the impurities. For example, the impurity concentration (hydrogen, water, carbon dioxide, nitrogen, etc.) present in the deposition chamber may be reduced. Moreover, what is necessary is just to reduce the impurity concentration in film-forming gas. Specifically, a film forming gas having a dew point of −80 ° C. or lower, preferably −100 ° C. or lower is used.

또한, 막을 형성할 때의 기판 가열 온도를 높임으로써, 기판 도달 후에 스퍼터링 입자의 마이그레이션이 일어난다. 구체적으로는, 기판 가열 온도를 100℃ 이상 740℃ 이하, 바람직하게는 200℃ 이상 500℃ 이하로 하여 막을 형성한다. 막을 형성할 때의 기판 가열 온도를 높임으로써, 평판 형상의 스퍼터링 입자가 기판에 도달한 경우, 기판 위에서 마이그레이션이 일어나, 스퍼터링 입자의 평평한 면이 기판에 부착된다.Furthermore, by raising the substrate heating temperature at the time of forming the film, migration of sputtered particles occurs after reaching the substrate. Specifically, a film is formed at a substrate heating temperature of 100 ° C. or higher and 740 ° C. or lower, preferably 200 ° C. or higher and 500 ° C. or lower. By raising the substrate heating temperature at the time of forming the film, when the flat sputtered particles reach the substrate, migration occurs on the substrate, and the flat surface of the sputtered particles adheres to the substrate.

또한, 성막 가스 내의 산소 비율을 높이고 전력을 최적화함으로써, 막을 형성할 때 받는 플라즈마에 기인한 손상을 경감시키면 바람직하다. 성막 가스 내의 산소 비율은 30vol.% 이상, 바람직하게는 100vol.%로 한다.In addition, it is preferable to reduce the damage due to the plasma received when forming the film by increasing the oxygen ratio in the deposition gas and optimizing the electric power. The oxygen ratio in the film forming gas is 30 vol.% Or more, preferably 100 vol.%.

스퍼터링용 타깃의 일례로서, In-Ga-Zn-O 화합물 타깃에 대해서 이하에 기술한다.As an example of the sputtering target, an In—Ga—Zn—O compound target is described below.

InOX분말, GaOY분말, 및 ZnOZ분말을 소정의 mol수비로 혼합하고, 가압 처리를 수행한 후 1000℃ 이상 1500℃ 이하의 온도로 가열 처리함으로써, 다결정인 In-Ga-Zn-O 화합물 타깃을 제작한다. 또한, X, Y, 및 Z는 임의의 정수이다. 여기서, 소정의 mol수 비율은 예를 들어, InOX분말, GaOY분말, 및 ZnOZ분말이 2:2:1, 8:4:3, 3:1:1, 1:1:1, 4:2:3, 또는 3:1:2이다. 또한, 분말의 종류, 및 이들을 혼합하는 mol수 비율은 제작하는 스퍼터링용 타깃에 따라 적절히 변경하면 좋다.In-Ga-Zn-O compound which is polycrystalline by mixing InO X powder, GaO Y powder, and ZnO Z powder in a predetermined mol ratio, and performing heat treatment at a temperature of 1000 ° C. to 1500 ° C. Create a target. In addition, X, Y, and Z are arbitrary integers. Herein, the predetermined molar number ratio is, for example, InO X powder, GaO Y powder, and ZnO Z powder, for example, 2: 2: 1, 8: 4: 3, 3: 1: 1, 1: 1: 1, 4 : 2: 3, or 3: 1: 2. In addition, what is necessary is just to change suitably the kind of powder and the mol number ratio which mix these with the target for sputtering to produce.

도 2a 내지 도 2e에 트랜지스터(440)를 갖는 반도체 장치의 제작 방법의 일례를 도시하였다.2A to 2E illustrate an example of a method of manufacturing a semiconductor device having a transistor 440.

유리 기판(400)으로서 사용될 수 있는 기판에 관해서는 특별한 제한은 없지만, 유리 기판이 적어도 이후에 수행되는 가열 처리에 견딜 수 있는 정도의 내열성(heat resistance)을 가질 필요가 있다. 예를 들어, 바륨보로실리케이트 유리, 알루미노보로실리케이트 유리 등을 사용할 수 있다.There is no particular limitation as to the substrate that can be used as the glass substrate 400, but it is necessary that the glass substrate has at least a degree of heat resistance that can withstand the heat treatment performed later. For example, barium borosilicate glass, aluminoborosilicate glass, etc. can be used.

유리 기판(400)을 가열 처리하여도 좋다. 예를 들어, 고온 가스를 이용하여 가열 처리하는 GRTA(Gas Rapid Thermal Anneal) 장치에 의해, 650℃로 1분 내지 5분간 가열 처리를 수행하면 좋다. 또한, GRTA에 사용하는 고온 가스에는, 아르곤 등의 희가스, 또는 질소와 같은, 가열 처리에 의하여 피처리물과 반응하지 않는 불활성 기체가 사용된다. 또한, 전기로에 의해, 500℃로 30분 내지 1시간 가열 처리를 수행하여도 좋다.The glass substrate 400 may be heated. For example, the heat treatment may be performed at 650 ° C. for 1 minute to 5 minutes by a GRTA (Gas Rapid Thermal Anneal) apparatus which is heated using a hot gas. As the hot gas used for GRTA, an inert gas such as rare gas such as argon or an inert gas such as nitrogen that does not react with the object to be processed by heat treatment is used. Moreover, you may heat-process at 500 degreeC for 30 minutes-1 hour with an electric furnace.

다음에, 유리 기판(400) 위에 도전막을 형성하고, 상기 도전막을 에칭하여, 게이트 전극층(401)을 형성한다(도 2a 참조). 도전막의 에칭에는 드라이 에칭 및 웨트 에칭 중 어느 쪽을 이용하여도 좋고, 양쪽 모두를 이용하여도 좋다.Next, a conductive film is formed on the glass substrate 400, and the conductive film is etched to form a gate electrode layer 401 (see FIG. 2A). For etching the conductive film, either dry etching or wet etching may be used, or both may be used.

게이트 전극층(401)은 몰리브덴, 티타늄, 탄탈, 텅스텐, 알루미늄, 구리, 크롬, 네오디뮴, 스칸듐 등의 금속 재료 또는 이들을 주성분으로 하는 합금 재료를 재료로서 이용하여 형성할 수 있다. 또한, 게이트 전극층(401)으로서 인 등의 불순물 원소를 도핑한 다결정 실리콘막으로 대표되는 반도체막, 니켈 실리사이드 등의 실리사이드막을 사용하여도 좋다. 게이트 전극층(401)은 단층 구조로 하여도 좋고, 적층 구조로 하여도 좋다.The gate electrode layer 401 can be formed using a metal material such as molybdenum, titanium, tantalum, tungsten, aluminum, copper, chromium, neodymium, scandium, or an alloy material containing these as a main material. As the gate electrode layer 401, a semiconductor film typified by a polycrystalline silicon film doped with an impurity element such as phosphorus, or a silicide film such as nickel silicide may be used. The gate electrode layer 401 may have a single layer structure or a laminated structure.

또한, 게이트 전극층(401)의 재료는 산화 인듐 산화 주석, 산화 텅스텐을 함유한 인듐 산화물, 산화 텅스텐을 함유한 인듐 아연 산화물, 산화 티타늄을 함유한 인듐 산화물, 산화 티타늄을 함유한 인듐 주석 산화물, 산화 인듐 산화 아연, 산화 실리콘을 첨가한 인듐 주석 산화물 등의 도전성 재료를 적용할 수도 있다. 또한, 상기 도전성 재료와 상기 금속 재료의 적층 구조로 할 수도 있다.The material of the gate electrode layer 401 is indium tin oxide, indium oxide containing tungsten oxide, indium zinc oxide containing tungsten oxide, indium oxide containing titanium oxide, indium tin oxide containing titanium oxide, and oxidation Electroconductive materials, such as indium zinc oxide and indium tin oxide which added the silicon oxide, can also be applied. Moreover, it can also be set as the laminated structure of the said electroconductive material and the said metal material.

또한, 게이트 전극층(401)으로서, 질소를 함유한 금속 산화물막, 구체적으로는 질소를 함유한 In-Ga-Zn-O막이나, 질소를 함유한 In-Sn-O막이나, 질소를 함유한 In-Ga-O막이나, 질소를 함유한 In-Zn-O막이나, 질소를 함유한 Sn-O막이나, 질소를 함유한 In-O막이나, 금속 질화막(InN, SnN 등)을 사용할 수 있다. 이들 막은 5eV(전자 볼트), 바람직하게는 5.5eV(전자 볼트) 이상의 일함수를 가지며, 게이트 전극층으로서 사용한 경우, 트랜지스터의 전기 특성의 임계값 전압을 양으로 할 수 있어, 소위 노멀리 오프의 스위칭 소자를 실현할 수 있다.Further, as the gate electrode layer 401, a metal oxide film containing nitrogen, specifically, an In-Ga-Zn-O film containing nitrogen, an In-Sn-O film containing nitrogen, or containing nitrogen In-Ga-O film, In-Zn-O film containing nitrogen, Sn-O film containing nitrogen, In-O film containing nitrogen, or metal nitride film (InN, SnN, etc.) can be used. Can be. These films have a work function of 5 eV (electron volts), preferably 5.5 eV (electron volts) or more, and when used as a gate electrode layer, the threshold voltage of the electrical characteristics of the transistor can be made positive, so-called normal off switching. The element can be realized.

본 실시형태에서는 스퍼터링법에 의해 막 두께 100nm의 텅스텐막을 형성한다.In this embodiment, a tungsten film having a thickness of 100 nm is formed by the sputtering method.

또한, 게이트 전극층(401)을 형성한 후에 유리 기판(400) 및 게이트 전극층(401)에 가열 처리를 수행하여도 좋다. 예를 들어, GRTA 장치에 의해, 650℃로 1분 내지 5분간의 가열 처리를 수행하면 좋다. 또한, 전기로에 의해, 500℃로 30분 내지 1시간의 가열 처리를 수행하여도 좋다.In addition, after the gate electrode layer 401 is formed, heat treatment may be performed on the glass substrate 400 and the gate electrode layer 401. For example, the GRTA apparatus may perform heat treatment at 650 ° C. for 1 minute to 5 minutes. Moreover, you may perform heat processing for 30 minutes-1 hour at 500 degreeC by an electric furnace.

다음에, 게이트 전극층(401)을 덮도록 제 1 게이트 절연막(436)을 제공한다(도 2b 참조).Next, a first gate insulating film 436 is provided to cover the gate electrode layer 401 (see FIG. 2B).

제 1 게이트 절연막(436)에는 플라즈마 CVD법 또는 스퍼터링법 등을 이용하여 형성된 질화물 절연막을 사용할 수 있다. 예를 들어, 질화 실리콘막, 질화산화 실리콘막 등을 들 수 있다. 제 1 게이트 절연막(436)은 단층 구조이든 적층 구조이든 어느 구조이어도 좋다.As the first gate insulating film 436, a nitride insulating film formed by plasma CVD, sputtering, or the like can be used. For example, a silicon nitride film, a silicon nitride oxide film, etc. are mentioned. The first gate insulating film 436 may be either a single layer structure or a stacked structure.

또한, 유리 기판(400)으로부터 불순물이 확산되는 것을 방지하기 위한 제 1 게이트 절연막(436)으로서, 티타늄(Ti), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 하프늄(Hf), 탄탈(Ta), 란탄(La), 지르코늄(Zr), 니켈(Ni), 마그네슘(Mg), 바륨(Ba), 및 알루미늄(Al) 중에서 선택되는 임의의 1 종류 이상의 금속 원소를 함유한 금속 산화물 절연막(예를 들어, 산화 알루미늄막, 산화질화 알루미늄막, 산화 하프늄막, 산화 마그네슘막, 산화 지르코늄막, 산화 란탄막, 산화 바륨막), 또는 상술한 금속 원소를 성분으로 하는 금속 질화물 절연막(질화 알루미늄막, 질화산화 알루미늄막)을 사용할 수 있다. 또한, 제 1 게이트 절연막(436)에는 산화 갈륨막, In-Zr-Zn계 산화물막, In-Fe-Zn계 산화물막, In-Ce-Zn계 산화물막 등도 사용할 수 있다.In addition, as the first gate insulating film 436 to prevent diffusion of impurities from the glass substrate 400, titanium (Ti), molybdenum (Mo), tungsten (W), hafnium (Hf), tantalum (Ta), Metal oxide insulating films containing any one or more metal elements selected from lanthanum (La), zirconium (Zr), nickel (Ni), magnesium (Mg), barium (Ba), and aluminum (Al) (e.g., , An aluminum oxide film, an aluminum oxynitride film, a hafnium oxide film, a magnesium oxide film, a zirconium oxide film, a lanthanum oxide film, a barium oxide film), or a metal nitride insulating film (aluminum nitride film, oxynitride) containing the above-described metal element Aluminum film) can be used. A gallium oxide film, an In—Zr—Zn oxide film, an In—Fe—Zn oxide film, an In—Ce—Zn oxide film, or the like may also be used for the first gate insulating film 436.

본 실시형태에서는 제 1 게이트 절연막(436)으로서 플라즈마 CVD법을 이용하여 형성하는 막 두께 30nm의 질화 실리콘막을 사용한다.In this embodiment, as the first gate insulating film 436, a silicon nitride film having a thickness of 30 nm formed by the plasma CVD method is used.

다음에 제 1 게이트 절연막(436) 위에 제 2 게이트 절연막(402)을 형성한다.Next, a second gate insulating film 402 is formed over the first gate insulating film 436.

제 1 게이트 절연막(436)으로 게이트 전극층(401)이 덮여 있기 때문에, 게이트 전극층(401)을 형성하는 에칭 공정에서 게이트 전극층(401) 표면에 유리 기판(400)에 함유되는 제 1 금속 원소가 부착되어 있어도, 제 2 게이트 절연막(402)으로 확산되는 것을 방지할 수 있다.Since the gate electrode layer 401 is covered with the first gate insulating film 436, the first metal element contained in the glass substrate 400 adheres to the surface of the gate electrode layer 401 in the etching process of forming the gate electrode layer 401. Even if it is, the diffusion to the second gate insulating film 402 can be prevented.

제 2 게이트 절연막(402)은 막 두께가 1nm 이상 20nm 이하이고, 스퍼터링법, MBE법, CVD법, 펄스 레이저 퇴적법, ALD법 등을 적절히 이용하여 형성할 수 있다. 또한, 스퍼터링 타깃 표면에 대략 수직으로 복수의 기판 표면이 세트된 상태로 막을 형성하는 스퍼터링 장치를 이용하여 제 2 게이트 절연막(402)을 형성하여도 좋다.The second gate insulating film 402 has a film thickness of 1 nm or more and 20 nm or less, and can be formed using a sputtering method, an MBE method, a CVD method, a pulse laser deposition method, an ALD method, or the like as appropriate. Further, the second gate insulating film 402 may be formed using a sputtering apparatus that forms a film in a state where a plurality of substrate surfaces are set substantially perpendicular to the sputtering target surface.

제 2 게이트 절연막(402)의 재료로서는, 산화 실리콘막, 산화 갈륨막, 산화 알루미늄막, 질화 실리콘막, 산화질화 실리콘막, 산화질화 알루미늄막, 또는 질화산화 실리콘막을 사용하여 형성할 수 있다.As the material of the second gate insulating film 402, a silicon oxide film, a gallium oxide film, an aluminum oxide film, a silicon nitride film, a silicon oxynitride film, an aluminum oxynitride film, or a silicon nitride oxide film can be formed.

또한, 제 2 게이트 절연막(402)의 재료로서 산화 하프늄막, 산화 이트륨막, 하프늄실리케이트막(HfSixOy(x>0, y>0)), 질소가 첨가된 하프늄실리케이트막(HfSiOxNy(x>0, y>0)), 하프늄알루미네이트막(HfAlxOy(x>0, y>0)), 산화 란탄막 등의 high-k 재료를 사용함으로써 게이트 누설 전류를 저감시킬 수 있다. 또한, 제 2 게이트 절연막(402)은 단층 구조와 적층 구조 중 어느 구조로 하여도 좋다.As the material of the second gate insulating film 402, a hafnium oxide film, an yttrium oxide film, a hafnium silicate film (HfSi x O y (x> 0, y> 0)), and a hafnium silicate film (HfSiO x N) to which nitrogen was added The gate leakage current can be reduced by using high-k materials such as y (x> 0, y> 0)), hafnium aluminate films (HfAl x O y (x> 0, y> 0)), and lanthanum oxide films. Can be. In addition, the second gate insulating film 402 may have either a single layer structure or a stacked structure.

제 2 게이트 절연막(402)은 산화물 반도체막(403)과 접촉하는 부분에 산소를 함유하는 것이 바람직하다. 특히 제 2 게이트 절연막(402)은 막 내(벌크 중)에 적어도 화학양론적 조성을 초과하는 양의 산소가 존재하는 것이 바람직하고, 예를 들어 제 2 게이트 절연막(402)으로서 산화 실리콘막을 사용하는 경우에는, SiO2 +α(다만, α>0)로 한다.The second gate insulating film 402 preferably contains oxygen in a portion in contact with the oxide semiconductor film 403. In particular, the second gate insulating film 402 preferably contains oxygen in an amount exceeding at least the stoichiometric composition in the film (in the bulk). For example, when the silicon oxide film is used as the second gate insulating film 402. Is set to SiO 2 + α (but α> 0).

산소의 공급원이 되는 산소를 많이(과잉으로) 함유한 제 2 게이트 절연막(402)을 산화물 반도체막(403)과 접촉하여 형성함으로써, 상기 제 2 게이트 절연막(402)으로부터 산화물 반도체막(403)으로 산소를 공급할 수 있다. 산화물 반도체막(403) 및 제 2 게이트 절연막(402)의 적어도 일부가 접촉한 상태에서 가열 처리함으로써, 산화물 반도체막(403)에 산소를 공급하여도 좋다.A second gate insulating film 402 containing a large amount (or excess) of oxygen, which is a source of oxygen, is formed in contact with the oxide semiconductor film 403 to form an oxide semiconductor film 403 from the second gate insulating film 402. Oxygen can be supplied. Oxygen may be supplied to the oxide semiconductor film 403 by heat treatment in a state where at least a portion of the oxide semiconductor film 403 and the second gate insulating film 402 are in contact with each other.

산화물 반도체막(403)에 산소를 공급함으로써, 막 내의 산소 결손을 보전할 수 있다. 또한, 제작하는 트랜지스터의 크기나 제 2 게이트 절연막(402)의 단차 피복성을 고려하여 제 2 게이트 절연막(402)을 형성하는 것이 바람직하다.By supplying oxygen to the oxide semiconductor film 403, oxygen vacancies in the film can be preserved. In addition, it is preferable to form the second gate insulating film 402 in consideration of the size of the transistor to be manufactured and the step coverage of the second gate insulating film 402.

본 실시형태에서는 고밀도 플라즈마 CVD법을 이용하여 막 두께 200nm의 산화질화 실리콘막을 형성한다.In this embodiment, a silicon oxynitride film having a thickness of 200 nm is formed by using a high density plasma CVD method.

또한, 제 2 게이트 절연막(402)을 형성한 후에 유리 기판(400), 게이트 전극층(401), 제 1 게이트 절연막(436), 및 제 2 게이트 절연막(402)에 가열 처리를 수행하여도 좋다. 예를 들어, GRTA 장치에 의해, 650℃로 1분 내지 5분간의 가열 처리를 수행하면 좋다. 또한, 전기로에 의해, 500℃로 30분 내지 1시간의 가열 처리를 수행하여도 좋다.After the second gate insulating film 402 is formed, heat treatment may be performed on the glass substrate 400, the gate electrode layer 401, the first gate insulating film 436, and the second gate insulating film 402. For example, the GRTA apparatus may perform heat treatment at 650 ° C. for 1 minute to 5 minutes. Moreover, you may perform heat processing for 30 minutes-1 hour at 500 degreeC by an electric furnace.

다음에, 제 2 게이트 절연막(402) 위에 산화물 반도체막(403)을 형성한다(도 2c 참조).Next, an oxide semiconductor film 403 is formed over the second gate insulating film 402 (see FIG. 2C).

산화물 반도체막(403)의 형성 공정에 있어서, 산화물 반도체막(403)에 수소 또는 물이 가능한 한 포함되지 않도록 하기 위하여, 산화물 반도체막(403)을 형성하기 전의 처리로서 스퍼터링 장치의 예비 가열실에서 제 2 게이트 절연막(402)이 형성된 기판을 예비 가열함으로써, 기판 및 제 2 게이트 절연막(402)에 흡착된 수소, 수분 등의 도펀트를 이탈시켜 배기하는 것이 바람직하다. 또한, 예비 가열실에 제공하는 배기 수단은 크라이오 펌프(cryo pump)가 바람직하다.In the formation process of the oxide semiconductor film 403, in order to prevent hydrogen or water from being contained in the oxide semiconductor film 403 as much as possible, in a preheating chamber of the sputtering apparatus as a process before the oxide semiconductor film 403 is formed. By preheating the substrate on which the second gate insulating film 402 is formed, it is preferable that the dopant, such as hydrogen or moisture, adsorbed on the substrate and the second gate insulating film 402 is removed and exhausted. In addition, the exhaust means provided to the preheating chamber is preferably a cryo pump.

제 2 게이트 절연막(402)에 있어서 산화물 반도체막(403)이 접촉하여 형성되는 영역에 평탄화 처리를 수행하여도 좋다. 평탄화 처리로서는 특별히 한정되지 않지만, 연마 처리(예를 들어, 화학적 기계 연마법(Chemical Mechanical Polishing: CMP)), 드라이 에칭 처리, 플라즈마 처리를 이용할 수 있다.The planarization process may be performed on the region formed by the oxide semiconductor film 403 in contact with the second gate insulating film 402. Although it does not specifically limit as a planarization process, Polishing process (for example, chemical mechanical polishing (CMP)), dry etching process, and plasma process can be used.

플라즈마 처리로서는, 예를 들어, 아르곤 가스를 도입하여 플라즈마를 발생시키는 역스퍼터링을 수행할 수 있다. 역스퍼터링이란 아르곤 분위기하에서 기판 측에 RF 전원을 사용하여 전압을 인가하여 기판 근방에 플라즈마를 형성하여 표면을 개질(改質)하는 방법이다. 또한, 아르곤 분위기 대신에 질소, 헬륨, 산소 등을 사용하여도 좋다. 역스퍼터링을 수행하면, 제 2 게이트 절연막(402)의 표면에 부착되어 있는 분말상 물질(파티클, 먼지라고도 함)을 제거할 수 있다.As the plasma treatment, for example, reverse sputtering that introduces argon gas to generate plasma can be performed. Reverse sputtering is a method of modifying a surface by applying a voltage to the substrate using an RF power source under an argon atmosphere to form a plasma near the substrate. In addition, nitrogen, helium, oxygen, or the like may be used instead of the argon atmosphere. When reverse sputtering is performed, the powdery substance (also called particles or dust) adhering to the surface of the second gate insulating layer 402 may be removed.

평탄화 처리로서, 복수회의 연마 처리, 드라이 에칭 처리, 플라즈마 처리를 수행하여도 좋고, 이들을 조합하여 수행하여도 좋다. 또한, 처리를 조합하여 수행하는 경우에는 공정 순서도 특별히 한정되지 않으며, 제 2 게이트 절연막(402) 표면의 요철 상태에 맞추어 적절히 설정하면 좋다.As the planarization treatment, a plurality of polishing treatments, dry etching treatments, and plasma treatments may be performed, or a combination thereof may be performed. In addition, when performing a combination of processes, the process order is not specifically limited, either, According to the uneven | corrugated state of the surface of the 2nd gate insulating film 402, it can set suitably.

또한, 산화물 반도체막(403)은 성막시에 산소가 많이 포함되는 조건(예를 들어, 산소 100%의 분위기하에서 스퍼터링법에 의하여 막을 형성하는 등)으로 형성하여, 산소를 많이 포함하는(바람직하게는, 결정 상태의 산화물 반도체의 화학양론적 조성보다 산소의 함유량이 과잉인 영역이 포함된) 막으로 하는 것이 바람직하다.In addition, the oxide semiconductor film 403 is formed under a condition that contains a large amount of oxygen during film formation (for example, a film is formed by a sputtering method in an atmosphere of 100% oxygen) to contain a large amount of oxygen (preferably Is preferably a film containing a region in which the oxygen content is greater than the stoichiometric composition of the oxide semiconductor in the crystalline state.

또한, 본 실시형태에 있어서, 산화물 반도체막(403)으로서 AC 전원 장치를 갖는 스퍼터링 장치를 이용한 스퍼터링법에 의해, 막 두께 35nm의 In-Ga-Zn계 산화물막(IGZO막)을 형성한다. 본 실시형태에 있어서, 원자수비가 In: Ga: Zn=1:1:1(=1/3: 1/3: 1/3)인 In-Ga-Zn계 산화물 타깃을 사용한다. 또한, 성막 조건은 산소 및 아르곤 분위기하(산소 유량 비율 50%), 압력 0.6Pa, 전원 전력 5kW, 기판 온도 170℃로 한다. 이 성막 조건하에서의 성막 속도는 16nm/min이다.In this embodiment, an In—Ga—Zn based oxide film (IGZO film) having a thickness of 35 nm is formed by the sputtering method using a sputtering apparatus having an AC power supply device as the oxide semiconductor film 403. In the present embodiment, an In—Ga—Zn-based oxide target having an atomic ratio of In: Ga: Zn = 1: 1: 1 (= 1/3: 1/3: 1/3) is used. In addition, film-forming conditions are made into oxygen and argon atmosphere (oxygen flow rate ratio 50%), a pressure of 0.6 Pa, a power supply of 5 kW, and a substrate temperature of 170 ° C. The film formation rate under these film formation conditions is 16 nm / min.

산화물 반도체막(403)을 형성할 때 사용하는 스퍼터링 가스로서는 수소, 물, 수산기, 또는 수소화물 등의 불순물이 제거된 고순도 가스를 사용하는 것이 바람직하다.As the sputtering gas used to form the oxide semiconductor film 403, it is preferable to use a high purity gas from which impurities such as hydrogen, water, hydroxyl groups, or hydrides are removed.

감압 상태로 유지된 성막실 내에 기판을 유지한다. 그리고, 성막실 내에 잔류된 수분을 제거하면서, 수소 및 수분이 제거된 스퍼터링 가스를 도입하고 상기 타깃을 사용하여 유리 기판(400) 위에 산화물 반도체막(403)을 형성한다. 성막실 내의 잔류 수분을 제거하기 위해서는, 흡착형 진공 펌프, 예를 들어, 크라이오 펌프, 이온 펌프, 티타늄 서블리메이션 펌프를 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 배기 수단으로서는 터보 분자 펌프에 콜드 트랩(cold trap)을 더한 것이어도 좋다. 크라이오 펌프를 이용하여 배기한 성막실은 예를 들어, 수소 원자나 물(H2O) 등 수소 원자를 함유한 화합물(더 바람직하게는 탄소 원자를 함유한 화합물도) 등이 배기되므로, 상기 성막실에서 형성한 산화물 반도체막(403)에 함유되는 불순물의 농도를 저감할 수 있다.The substrate is held in the deposition chamber maintained at a reduced pressure. The sputtering gas from which hydrogen and moisture have been removed is introduced while removing the moisture remaining in the film formation chamber, and the oxide semiconductor film 403 is formed on the glass substrate 400 using the target. In order to remove the residual moisture in the film formation chamber, it is preferable to use an adsorption type vacuum pump, for example, a cryopump, an ion pump, or a titanium servation pump. As the exhaust means, a cold trap may be added to the turbomolecular pump. The film formation chamber evacuated using a cryopump is formed by exhausting a compound containing a hydrogen atom such as a hydrogen atom or water (H 2 O) (more preferably, a compound containing a carbon atom), and the like. The concentration of impurities contained in the oxide semiconductor film 403 formed in the chamber can be reduced.

또한, 제 2 게이트 절연막(402)을 대기에 노출시키지 않고 제 2 게이트 절연막(402)과 산화물 반도체막(403)을 연속적으로 형성하는 것이 바람직하다. 제 2 게이트 절연막(402)을 대기에 노출시키지 않고 제 2 게이트 절연막(402)과 산화물 반도체막(403)을 연속적으로 형성하면, 제 2 게이트 절연막(402) 표면에 수소나 수분 등의 불순물이 흡착되는 것을 방지할 수 있다.In addition, it is preferable to form the second gate insulating film 402 and the oxide semiconductor film 403 continuously without exposing the second gate insulating film 402 to the atmosphere. If the second gate insulating film 402 and the oxide semiconductor film 403 are continuously formed without exposing the second gate insulating film 402 to the atmosphere, impurities such as hydrogen and moisture are adsorbed onto the surface of the second gate insulating film 402. Can be prevented.

산화물 반도체막(403)은 막 형상의 산화물 반도체막을 포토리소그래피 공정에 의하여 섬 형상의 산화물 반도체막으로 가공하여 형성할 수 있다.The oxide semiconductor film 403 can be formed by processing a film-shaped oxide semiconductor film into an island-shaped oxide semiconductor film by a photolithography process.

또한, 섬 형상의 산화물 반도체막(403)을 형성하기 위한 레지스트 마스크를 잉크젯법으로 형성하여도 좋다. 레지스트 마스크를 잉크젯법으로 형성하면 포토마스크를 사용하지 않기 때문에, 제조 비용을 삭감할 수 있다.Further, a resist mask for forming the island-shaped oxide semiconductor film 403 may be formed by the inkjet method. When the resist mask is formed by the inkjet method, the photomask is not used, so that the manufacturing cost can be reduced.

또한, 산화물 반도체막의 에칭은 드라이 에칭이든 웨트 에칭이든 어느 쪽이어도 좋고, 양쪽 모두를 이용하여도 좋다. 예를 들어, 산화물 반도체막의 웨트 에칭에 사용하는 에칭액으로서는 인산과 초산과 질산을 혼합한 용액 등을 사용할 수 있다. 또한, ITO-07N(KANTO CHEMICAL Co., Inc 제조)을 사용하여도 좋다. 또한, ICP(Inductively Coupled Plasma: 유도 결합형 플라즈마) 에칭법이라는 드라이 에칭에 의해 에칭 가공하여도 좋다.The etching of the oxide semiconductor film may be either dry etching or wet etching, or both may be used. For example, as an etching liquid used for wet etching of an oxide semiconductor film, the solution etc. which mixed phosphoric acid, acetic acid, and nitric acid can be used. Further, ITO-07N (manufactured by KANTO CHEMICAL Co., Inc.) may be used. Further, the etching may be performed by dry etching called an ICP (Inductively Coupled Plasma) etching method.

또한, 산화물 반도체막(403)에 과잉으로 함유된 수소(물이나 수산기를 포함함)를 제거(탈수화 또는 탈수소화)하기 위한 가열 처리를 수행하여도 좋다. 가열 처리의 온도는 300℃ 이상 700℃ 이하, 또는 기판의 변형점 미만으로 한다. 가열 처리는 감압하 또는 질소 분위기하 등에서 수행할 수 있다.Further, a heat treatment for removing (dehydrating or dehydrogenating) hydrogen (including water and hydroxyl groups) contained in the oxide semiconductor film 403 in excess may be performed. The temperature of heat processing shall be 300 degreeC or more and 700 degrees C or less, or less than the strain point of a board | substrate. The heat treatment can be carried out under reduced pressure or under a nitrogen atmosphere.

또한, 산화물 반도체막(403)으로서 결정성 산화물 반도체막을 사용하는 경우, 결정화를 위한 가열 처리를 수행하여도 좋다.In addition, when using a crystalline oxide semiconductor film as the oxide semiconductor film 403, heat treatment for crystallization may be performed.

본 실시형태에서는, 가열 처리 장치의 하나인 전기로에 기판을 도입하고, 산화물 반도체막(403)에 대하여 질소 분위기하에서 450℃로 1시간의 가열 처리, 및 질소 및 산소 분위기하에서 450℃로 1시간의 가열 처리를 수행한다.In this embodiment, a substrate is introduced into an electric furnace which is one of the heat treatment apparatuses, and the oxide semiconductor film 403 is subjected to heat treatment for 1 hour at 450 ° C. under nitrogen atmosphere and 450 ° C. under nitrogen and oxygen atmosphere for 1 hour. Heat treatment is carried out.

또한, 가열 처리 장치는 전기로에 한정되지 않으며, 저항 발열체 등의 발열체로부터의 열 전도 또는 열 복사에 의하여 피처리물을 가열하는 장치를 이용하여도 좋다. 예를 들어, GRTA(Gas Rapid Thermal Anneal) 장치, LRTA(Lamp Rapid Thermal Anneal) 장치 등의 RTA(Rapid Thermal Anneal) 장치를 이용할 수 있다. LRTA 장치는 할로겐 램프, 메탈 할라이드 램프, 크세논 아크 램프, 카본 아크 램프, 고압 나트륨 램프, 고압 수은 램프 등의 램프로부터 방출되는 빛(전자기파)의 복사에 의해, 피처리물을 가열하는 장치이다. GRTA 장치는 고온 가스를 사용하여 가열 처리를 수행하는 장치이다. 고온 가스에는 아르곤 등의 희가스, 또는 질소와 같은 가열 처리에 의하여 피처리물과 반응하지 않는 불활성 기체가 사용된다.In addition, the heat processing apparatus is not limited to an electric furnace, You may use the apparatus which heats a to-be-processed object by heat conduction or heat radiation from a heat generating body, such as a resistance heating element. For example, a Rapid Thermal Anneal (RTA) device such as a Gas Rapid Thermal Anneal (GRTA) device or a Lamp Rapid Thermal Anneal (LRTA) device may be used. The LRTA apparatus is an apparatus for heating a target object by radiation of light (electromagnetic waves) emitted from lamps such as halogen lamps, metal halide lamps, xenon arc lamps, carbon arc lamps, high pressure sodium lamps, and high pressure mercury lamps. GRTA apparatus is a apparatus which performs heat processing using hot gas. As the hot gas, a rare gas such as argon or an inert gas that does not react with the object by heat treatment such as nitrogen is used.

예를 들어, 가열 처리로서, 650℃ 내지 700℃의 고온으로 가열한 불활성 가스 내에 기판을 넣고, 수분간 가열한 후, 기판을 불활성 가스 내로부터 꺼내는 GRTA를 수행하여도 좋다.For example, as a heat treatment, a substrate may be placed in an inert gas heated to a high temperature of 650 ° C to 700 ° C, heated for a few minutes, and then GRTA may be taken out of the inert gas.

또한 가열 처리에서는 질소, 또는 헬륨, 네온, 아르곤 등의 희가스에, 물, 수소 등이 포함되지 않는 것이 바람직하다. 또는, 가열 처리 장치에 도입하는 질소, 또는 헬륨, 네온, 아르곤 등의 희가스의 순도를 6N(99.9999%) 이상, 바람직하게는 7N(99.99999%) 이상(즉 불순물 농도를 1ppm 이하, 바람직하게는 0.1ppm 이하)으로 하는 것이 바람직하다.Moreover, in heat processing, it is preferable that nitrogen, or rare gases, such as helium, neon, argon, do not contain water, hydrogen, etc. Nitrogen, or rare gas such as helium, neon, argon, or the like introduced into the heat treatment apparatus to a purity of 6N (99.9999%) or more, preferably 7N (99.99999%) or more (i.e., an impurity concentration of 1 ppm or less, ppm or less).

또한, 가열 처리로 산화물 반도체막(403)을 가열한 후, 동일한 노(爐)에 고순도 산소 가스, 고순도 일산화이질소 가스, 또는 초건조 공기(CRDS(캐비티 링다운 레이저 분광법(cavity ring down laser spectroscopy)) 방식의 이슬점 계측기를 이용하여 측정한 경우의 수분량이 20ppm(이슬점 환산으로 -55℃) 이하, 바람직하게는 1ppm 이하, 더 바람직하게는 10ppb 이하의 공기)를 도입하여도 좋다. 산소 가스 또는 일산화이질소 가스에 물, 수소 등이 함유되지 않는 것이 바람직하다. 또는, 가열 처리 장치에 도입하는 산소 가스 또는 일산화이질소 가스의 순도를 6N 이상, 바람직하게는 7N 이상(즉 산소 가스 또는 일산화이질소 가스 내의 불순물 농도를 1ppm 이하, 바람직하게는 0.1ppm 이하)으로 하는 것이 바람직하다. 산소 가스 또는 일산화이질소 가스의 작용으로 인하여, 탈수화 또는 탈수소화 처리를 이용한 불순물의 배제 공정에 의해 동시에 감소된, 산화물 반도체를 구성하는 주성분 재료인 산소를 공급함으로써, 산화물 반도체막(403)을 고순도화 및 I형(진성)화할 수 있다.In addition, after the oxide semiconductor film 403 is heated by heat treatment, high purity oxygen gas, high purity dinitrogen monoxide gas, or ultra-dry air (CRDS (cavity ring down laser spectroscopy)) is heated in the same furnace. 20 ppm (-55 degreeC in conversion of dew point) or less, Preferably it is 1 ppm or less, More preferably, 10 ppm or less of air may be introduced. It is preferable that water, hydrogen, etc. are not contained in oxygen gas or dinitrogen monoxide gas. Alternatively, the purity of the oxygen gas or dinitrogen monoxide gas introduced into the heat treatment apparatus is 6N or more, preferably 7N or more (that is, the impurity concentration in the oxygen gas or the dinitrogen monoxide gas is 1 ppm or less, preferably 0.1 ppm or less). desirable. The oxide semiconductor film 403 is made of high purity by supplying oxygen, which is a main component material constituting the oxide semiconductor, simultaneously reduced by an exclusion process using a dehydration or dehydrogenation treatment due to the action of oxygen gas or dinitrogen monoxide gas. Fire and type I (intrinsic).

또한, 탈수화 또는 탈수소화를 위한 가열 처리를 수행하는 타이밍은 막 형상의 산화물 반도체막을 형성한 후이든 섬 형상의 산화물 반도체막(403)을 형성한 후이든 어느 타이밍이어도 좋다.The timing for performing the heat treatment for dehydration or dehydrogenation may be at any timing after the formation of the oxide semiconductor film in the form of a film or after the formation of the island-shaped oxide semiconductor film 403.

또한, 탈수화 또는 탈수소화를 위한 가열 처리는 복수회 수행하여도 좋고, 다른 가열 처리를 겸하여도 좋다.In addition, the heat processing for dehydration or dehydrogenation may be performed in multiple times, and may also combine with other heat processing.

탈수화 또는 탈수소화를 위한 가열 처리를 산화물 반도체막(403)으로서 섬 형상으로 가공되기 전의 막 형상의 산화물 반도체막이 제 2 게이트 절연막(402)을 덮은 상태에서 수행하면, 제 2 게이트 절연막(402)에 포함된 산소가 가열 처리에 의하여 방출되는 것을 방지할 수 있어 바람직하다.When the heat treatment for dehydration or dehydrogenation is performed in a state where the oxide semiconductor film having a film shape before being processed into an island shape as the oxide semiconductor film 403 covers the second gate insulating film 402, the second gate insulating film 402 It is preferable because the oxygen contained in can be prevented from being released by heat treatment.

또한, 탈수화 또는 탈수소화 처리를 수행한 산화물 반도체막(403)에 산소(적어도 산소 라디칼, 산소 원자, 산소 이온 중 어느 하나를 포함함)를 도입하여 막 내에 산소를 공급하여도 좋다.In addition, oxygen (containing at least one of oxygen radicals, oxygen atoms, and oxygen ions) may be introduced into the oxide semiconductor film 403 subjected to the dehydration or dehydrogenation treatment to supply oxygen into the film.

또한, 탈수화 또는 탈수소화 처리에 의해, 산화물 반도체를 구성하는 주성분 재료인 산소가 동시에 이탈되어 감소될 우려가 있다. 산화물 반도체막에 있어서, 산소가 이탈된 부분에서는 산소 결손이 존재하고, 그 산소 결손에 기인하여 트랜지스터의 전기적 특성 변동을 초래하는 도너 준위가 발생하게 된다.In addition, there is a fear that oxygen, which is a main component material constituting the oxide semiconductor, is simultaneously released and reduced by dehydration or dehydrogenation treatment. In the oxide semiconductor film, an oxygen deficiency exists in the portion where oxygen is released, and a donor level that causes variation in electrical characteristics of the transistor occurs due to the oxygen deficiency.

따라서, 탈수화 또는 탈수소화 처리를 수행한 산화물 반도체막에, 산소(적어도 산소 라디칼, 산소 원자, 산소 이온 중 어느 하나를 포함함)를 공급하는 것이 바람직하다. 산화물 반도체막에 산소를 공급함으로써, 막 내의 산소 결손을 보전할 수 있다.Therefore, it is preferable to supply oxygen (containing at least one of oxygen radicals, oxygen atoms, and oxygen ions) to the oxide semiconductor film subjected to the dehydration or dehydrogenation treatment. By supplying oxygen to the oxide semiconductor film, oxygen vacancies in the film can be preserved.

탈수화 또는 탈수소화 처리를 수행한 산화물 반도체막(403)에 산소를 도입하여 막 내에 산소를 공급함으로써, 산화물 반도체막(403)을 고순도화시키고 I형(진성)화시킬 수 있다. 고순도화되고 I형(진성)화된 산화물 반도체막(403)을 갖는 트랜지스터는 전기 특성의 변동이 억제되어 있어 전기적으로 안정적이다.By introducing oxygen into the oxide semiconductor film 403 subjected to the dehydration or dehydrogenation process and supplying oxygen into the film, the oxide semiconductor film 403 can be made highly purified and made I-type (intrinsic). The transistor having the highly purified and I-type (intrinsic) oxide semiconductor film 403 is electrically stable because variations in electrical characteristics are suppressed.

산소의 도입 방법으로서는 이온 주입법, 이온 도핑법, 플라즈마 잠입 이온 주입법, 플라즈마 처리 등을 이용할 수 있다.As the method for introducing oxygen, an ion implantation method, an ion doping method, a plasma immersion ion implantation method, a plasma treatment, or the like can be used.

산소의 도입 공정은 산화물 반도체막(403)에 산소를 도입하는 경우에는 산화물 반도체막(403)에 직접 도입시켜도 좋고, 절연막(407) 등 다른 막을 통과하여 산화물 반도체막(403)에 도입시켜도 좋다. 다른 막을 통과하여 산소를 도입시키는 경우에는, 이온 주입법, 이온 도핑법, 플라즈마 잠입 이온 주입법 등을 이용하면 좋지만, 노출된 산화물 반도체막(403)에 산소를 직접 도입시키는 경우에는 플라즈마 처리 등도 이용할 수 있다.When oxygen is introduced into the oxide semiconductor film 403, the oxygen introduction step may be introduced directly into the oxide semiconductor film 403, or may be introduced into the oxide semiconductor film 403 through another film such as the insulating film 407. In the case where oxygen is introduced through another film, an ion implantation method, an ion doping method, a plasma immersion ion implantation method, or the like may be used. In the case where oxygen is directly introduced into the exposed oxide semiconductor film 403, a plasma treatment or the like may also be used. .

산화물 반도체막(403)으로의 산소 도입은 탈수화 또는 탈수소화 처리를 수행한 후에 수행하는 것이 바람직하지만, 특별히 한정되지 않는다. 또한, 상기 탈수화 또는 탈수소화 처리를 수행한 산화물 반도체막(403)으로의 산소 도입은 복수회 수행하여도 좋다.The introduction of oxygen into the oxide semiconductor film 403 is preferably performed after the dehydration or dehydrogenation treatment, but is not particularly limited. In addition, the introduction of oxygen into the oxide semiconductor film 403 subjected to the dehydration or dehydrogenation treatment may be performed a plurality of times.

바람직하게는 트랜지스터에 제공되는 산화물 반도체막은 결정 상태의 산화물 반도체의 화학양론적 조성에 비해 산소의 함유량이 과잉인 영역이 포함된 막으로 하면 좋다. 이 경우, 산소의 함유량은 산화물 반도체의 화학양론적 조성을 초과하는 정도로 한다. 또는, 산소의 함유량은 단결정인 경우의 산소의 양을 초과하는 정도로 한다. 산화물 반도체의 격자간에 산소가 존재하는 경우도 있다.Preferably, the oxide semiconductor film provided to the transistor may be a film including a region in which the oxygen content is excessive compared to the stoichiometric composition of the oxide semiconductor in the crystalline state. In this case, the content of oxygen is such that it exceeds the stoichiometric composition of the oxide semiconductor. Alternatively, the content of oxygen is such that it exceeds the amount of oxygen in the case of a single crystal. Oxygen may exist between the lattice of an oxide semiconductor.

수소 또는 수분을 산화물 반도체로부터 제거하여 불순물이 최대한 함유되지 않도록 고순도화시키고 산소를 공급하여 산소 결손을 보전함으로써, I형(진성) 산화물 반도체, 또는 I형(진성)에 매우 가까운 산화물 반도체로 할 수 있다. 이와 같이 함으로써, 산화물 반도체의 페르미 준위(Ef)를 진성 페르미 준위(Ei)와 같은 레벨로까지 할 수 있다. 따라서, 상기 산화물 반도체막을 트랜지스터에 사용함으로써 산소 결손에 기인한 트랜지스터의 임계값 전압(Vth)의 편차, 임계값 전압의 시프트(ΔVth)를 저감할 수 있다.By removing hydrogen or water from the oxide semiconductor to make it as high as possible in order not to contain impurities, and supplying oxygen to preserve oxygen deficiency, it can be made into type I (intrinsic) oxide semiconductor or oxide semiconductor very close to type I (intrinsic). have. By doing in this way, the Fermi level Ef of an oxide semiconductor can be made to the same level as the intrinsic Fermi level Ei. Thus, by using the semiconductor film and the oxide in the transistors it is possible to reduce the deviation, the shift of the threshold voltage (ΔV th) of the threshold voltage (V th) of the transistor due to oxygen deficiency.

다음에, 게이트 전극층(401), 제 1 게이트 절연막(436), 제 2 게이트 절연막(402), 및 산화물 반도체막(403) 위에 소스 전극층 및 드레인 전극층(이것과 동일한 층으로 형성되는 배선을 포함함)이 되는 도전막을 형성한다.Next, the gate electrode layer 401, the first gate insulating film 436, the second gate insulating film 402, and the source electrode layer and the drain electrode layer (the wiring formed of the same layer as this) are included on the oxide semiconductor film 403. To form a conductive film.

상기 도전막으로서는 이후에 수행되는 가열 처리에 견딜 수 있는 재료를 사용한다. 소스 전극층 및 드레인 전극층에 사용하는 도전막으로서는 예를 들어 Al, Cr, Cu, Ta, Ti, Mo, W 중에서 선택된 원소를 함유한 금속막, 또는 상술한 원소를 성분으로 하는 금속 질화물막(질화 티타늄막, 질화 몰리브덴막, 질화 텅스텐막) 등을 사용할 수 있다. 또한, Al, Cu 등의 금속막의 아래 쪽 또는 위쪽 중 한쪽 또는 양쪽에 Ti, Mo, W 등의 고융점 금속막 또는 이들의 금속 질화물막(질화 티타늄막, 질화 몰리브덴막, 질화 텅스텐막)을 적층시킨 구성으로 하여도 좋다. 또한, 소스 전극층 및 드레인 전극층에 사용하는 도전막으로서는, 도전성 금속 산화물로 형성하여도 좋다. 도전성 금속 산화물로서는 산화 인듐(In2O3), 산화 주석(SnO2), 산화 아연(ZnO), 산화 인듐 산화 주석(In2O3-SnO2), 산화 인듐 산화 아연(In2O3-ZnO), 또는 이들의 금속 산화물 재료에 산화 실리콘을 함유시킨 것을 사용할 수 있다.As the conductive film, a material that can withstand the heat treatment to be performed later is used. As the conductive film used for the source electrode layer and the drain electrode layer, for example, a metal film containing an element selected from Al, Cr, Cu, Ta, Ti, Mo, W, or a metal nitride film containing the above-described element as a component (titanium nitride) Film, molybdenum nitride film, tungsten nitride film) and the like. Further, a high melting point metal film such as Ti, Mo, W, or a metal nitride film thereof (titanium nitride film, molybdenum nitride film, tungsten nitride film) is laminated on one or both of the bottom or top of the metal film such as Al and Cu. It is good also as a structure made. The conductive film used for the source electrode layer and the drain electrode layer may be formed of a conductive metal oxide. Examples of the conductive metal oxide include indium oxide (In 2 O 3 ), tin oxide (SnO 2 ), zinc oxide (ZnO), indium tin oxide (In 2 O 3 -SnO 2 ), and indium zinc oxide (In 2 O 3 − ZnO) or those in which silicon oxide is contained in these metal oxide materials can be used.

포토리소그래피 공정에 의해 도전막 위에 레지스트 마스크를 형성하고, 선택적으로 에칭을 수행하여 소스 전극층(405a), 드레인 전극층(405b)을 형성한다(도 2d 참조). 소스 전극층(405a), 드레인 전극층(405b)을 형성한 후, 레지스트 마스크를 제거한다.A resist mask is formed on the conductive film by a photolithography process and is selectively etched to form a source electrode layer 405a and a drain electrode layer 405b (see FIG. 2D). After the source electrode layer 405a and the drain electrode layer 405b are formed, the resist mask is removed.

레지스트 마스크를 형성할 때의 노광에는 자외선이나 KrF 레이저광이나 ArF 레이저광 등을 이용하면 좋다. 산화물 반도체막(403) 위에서 서로 인접하는 소스 전극층(405a)의 하단부와 드레인 전극층(405b)의 하단부의 간격 폭에 따라, 나중에 형성되는 트랜지스터(440)의 채널 길이 L이 결정된다. 또한, 채널 길이 L=25nm 미만의 노광을 수행하는 경우에는, 예를 들어 수nm 내지 수십nm로 매우 파장이 짧은 초자외선(Extreme Ultraviolet)을 이용하여, 레지스트 마스크 형성 시의 노광을 수행하면 좋다. 초자외선에 의한 노광은 해상도가 높고 초점 심도도 크다. 따라서, 나중에 형성되는 트랜지스터의 채널 길이 L을 10nm 이상 1000nm 이하로 하는 것도 가능하며, 회로의 동작 속도를 고속화할 수 있다.Ultraviolet rays, KrF laser light, ArF laser light, or the like may be used for exposure when forming a resist mask. The channel length L of the transistor 440 formed later is determined according to the gap width between the lower end of the source electrode layer 405a and the lower end of the drain electrode layer 405b adjacent to each other on the oxide semiconductor film 403. In addition, when performing exposure of channel length L = 25 nm or less, exposure at the time of forming a resist mask may be performed using the ultra-ultraviolet (Extreme Ultraviolet) which is very short in several nm-tens of nm, for example. Exposure by ultra-ultraviolet rays has high resolution and a large depth of focus. Therefore, the channel length L of the transistor formed later can be 10 nm or more and 1000 nm or less, and the operation speed of a circuit can be speeded up.

또한, 포토리소그래피 공정에서 사용하는 포토 마스크의 개수 및 공정 수를 삭감하기 위해서 투과한 빛이 복수의 강도가 되는 노광 마스크인 다계조 마스크에 의하여 형성된 레지스트 마스크를 이용하여 에칭 공정을 수행하여도 좋다. 다계조 마스크를 이용하여 형성한 레지스트 마스크는 복수의 막 두께를 갖는 형상이 되고, 에칭을 수행함으로써 형상을 더 변형시킬 수 있으므로, 상이한 패턴으로 가공하는 복수의 에칭 공정에 이용할 수 있다. 따라서, 1장의 다계조 마스크에 의하여 적어도 2종류 이상의 상이한 패턴에 대응하는 레지스트 마스크를 형성할 수 있다. 따라서, 노광 마스크 수를 삭감할 수 있고, 대응하는 포토리소그래피 공정도 삭감할 수 있으므로 공정의 간략화가 가능하게 된다.In addition, in order to reduce the number of photomasks used in the photolithography step and the number of steps, the etching step may be performed using a resist mask formed by a multi-gradation mask that is an exposure mask whose transmitted light has a plurality of intensities. The resist mask formed by using the multi gradation mask becomes a shape having a plurality of film thicknesses, and the shape can be further modified by performing etching, so that the resist mask can be used in a plurality of etching steps for processing into different patterns. Therefore, the resist mask corresponding to at least two or more types of different patterns can be formed with one multi-tone mask. Therefore, since the number of exposure masks can be reduced and the corresponding photolithography process can also be reduced, the process can be simplified.

본 실시형태에서는 도전막의 에칭에는 염소를 함유한 가스, 예를 들어, 염소(Cl2), 삼염화 붕소(BCl3), 사염화 실리콘(SiCl4), 사염화 탄소(CCl4) 등을 함유한 가스를 사용할 수 있다. 또한, 불소를 함유한 가스, 예를 들어 사불화 탄소(CF4), 육불화황(SF6), 삼불화질소(NF3), 트리플루오로메탄(CHF3) 등을 함유한 가스를 사용할 수 있다. 또한, 이들의 가스에 헬륨(He)이나 아르곤(Ar) 등의 희가스가 첨가된 가스 등을 사용할 수 있다.In the present embodiment, a gas containing chlorine is used for etching the conductive film, for example, a gas containing chlorine (Cl 2 ), boron trichloride (BCl 3 ), silicon tetrachloride (SiCl 4 ), carbon tetrachloride (CCl 4 ), or the like. Can be used. In addition, a gas containing fluorine such as carbon tetrafluoride (CF 4 ), sulfur hexafluoride (SF 6 ), nitrogen trifluoride (NF 3 ), trifluoromethane (CHF 3 ), or the like may be used. Can be. Moreover, the gas etc. which rare gas, such as helium (He) and argon (Ar), were added to these gases, can be used.

에칭 방법으로서는 평행 평판형 RIE(Reactive Ion Etching)법이나 ICP(Inductively Coupled Plasma: 유도 결합형 플라즈마) 에칭법을 이용할 수 있다. 원하는 가공 형상으로 에칭할 수 있도록, 에칭 조건(코일형 전극에 인가되는 전력량, 기판 측의 전극에 인가되는 전력량, 기판 측의 전극 온도 등)을 적절히 조절한다.As the etching method, a parallel plate-type reactive ion etching (RIE) method or an inductively coupled plasma (ICP) etching method can be used. Etching conditions (the amount of power applied to the coil type electrode, the amount of power applied to the electrode on the substrate side, the electrode temperature on the substrate side, etc.) are appropriately adjusted so as to be etched into a desired processing shape.

본 실시형태에서는 도전막으로서 스퍼터링법에 의해 형성한 막 두께 100nm의 티타늄막, 막 두께 400nm의 알루미늄막, 막 두께 100nm의 티타늄막의 적층을 사용한다. 도전막의 에칭으로서는 드라이 에칭법에 의해 티타늄막, 알루미늄막, 티타늄막의 적층을 에칭하여, 소스 전극층(405a), 드레인 전극층(405b)을 형성한다.In the present embodiment, a laminate of a titanium film with a thickness of 100 nm, an aluminum film with a thickness of 400 nm, and a titanium film with a thickness of 100 nm formed by the sputtering method is used as the conductive film. As the etching of the conductive film, a stack of a titanium film, an aluminum film, and a titanium film is etched by a dry etching method to form a source electrode layer 405a and a drain electrode layer 405b.

본 실시형태에서는 제 1 에칭 조건으로 티타늄막과 알루미늄막의 2층을 에칭한 후, 제 2 에칭 조건으로 나머지의 티타늄막 단층을 제거한다. 또한, 제 1 에칭 조건은 에칭 가스(BCl3: Cl2=750sccm:150sccm)를 사용하고, 바이어스 전력을 1500W, ICP 전원 전력을 0W, 압력을 2.0Pa로 한다. 제 2 에칭 조건은 에칭 가스(BCl3: Cl2=700sccm:100sccm)를 사용하고, 바이어스 전력을 750W, ICP 전원 전력을 0W, 압력을 2.0Pa로 한다.In the present embodiment, two layers of the titanium film and the aluminum film are etched under the first etching condition, and then the remaining titanium film single layer is removed under the second etching condition. Furthermore, the first etching conditions, the etching gas and the (BCl 3: 150sccm: Cl 2 = 750sccm) to use, the bias power 1500W, ICP 0W power Power, pressure was 2.0Pa. As the second etching condition, an etching gas (BCl 3 : Cl 2 = 700 sccm: 100 sccm) is used, the bias power is 750 W, the ICP power supply power is 0 W, and the pressure is 2.0 Pa.

또한, 도전막의 에칭 공정 시에 산화물 반도체막(403)이 에칭되어 분단되는 일이 없도록 에칭 조건을 최적화하는 것이 바람직하다. 그러나, 도전막만을 에칭하고, 산화물 반도체막(403)을 전혀 에칭하지 않는 조건을 얻는 것은 어렵고, 도전막의 에칭시에 산화물 반도체막(403)은 일부만이 에칭되어, 홈부(오목부)를 갖는 산화물 반도체막이 될 경우도 있다.In addition, it is preferable to optimize the etching conditions so that the oxide semiconductor film 403 is not etched and parted during the etching process of the conductive film. However, it is difficult to obtain a condition in which only the conductive film is etched and the oxide semiconductor film 403 is not etched at all. Only a part of the oxide semiconductor film 403 is etched at the time of etching the conductive film, so that the oxide has a groove portion (concave portion). It may also be a semiconductor film.

상술한 공정을 거쳐 본 실시형태의 트랜지스터(440)가 제작된다.Through the above-described process, the transistor 440 of this embodiment is manufactured.

본 실시형태에서는 소스 전극층(405a), 드레인 전극층(405b) 위에 산화물 반도체막(403)과 접촉하는 절연막(407)을 형성한다(도 2e 참조).In this embodiment, an insulating film 407 in contact with the oxide semiconductor film 403 is formed on the source electrode layer 405a and the drain electrode layer 405b (see FIG. 2E).

절연막(407)은 적어도 1nm 이상의 막 두께로 하고, 스퍼터링법 등 절연막(407)에 물, 수소 등의 불순물을 혼입시키지 않는 방법을 적절히 이용하여 형성할 수 있다. 절연막(407)에 수소가 함유되면, 그 수소가 산화물 반도체막(403)으로 침입되거나, 또는 수소로 인하여 산화물 반도체막 내의 산소가 추출되고, 산화물 반도체막(403)의 백 채널이 저저항화(N형화)되어 기생 채널이 형성될 우려가 있다. 따라서, 절연막(407)을 가능한 한 수소를 포함하지 않는 막으로 하기 위해서 성막 방법에 수소를 사용하지 않는 것이 중요하다.The insulating film 407 has a film thickness of at least 1 nm or more, and can be formed by appropriately using a method in which impurities such as water and hydrogen are not mixed in the insulating film 407 such as sputtering. When hydrogen is contained in the insulating film 407, the hydrogen penetrates into the oxide semiconductor film 403, or oxygen in the oxide semiconductor film is extracted due to hydrogen, and the back channel of the oxide semiconductor film 403 becomes low resistance ( N-type) to form a parasitic channel. Therefore, in order to make the insulating film 407 a film which does not contain hydrogen as much as possible, it is important not to use hydrogen in the film formation method.

절연막(407)으로서는 대표적으로는 산화 실리콘막, 산화질화 실리콘막, 산화 알루미늄막, 산화질화 알루미늄막, 산화 하프늄막, 산화 갈륨막, 질화 실리콘막, 질화 알루미늄막, 질화산화 실리콘막, 질화산화 알루미늄막 등의 무기 절연막의 단층 또는 적층을 사용할 수 있다.The insulating film 407 is typically a silicon oxide film, a silicon oxynitride film, an aluminum oxide film, an aluminum oxynitride film, a hafnium oxide film, a gallium oxide film, a silicon nitride film, an aluminum nitride film, a silicon nitride oxide film, or an aluminum nitride oxide film. A single layer or a stack of inorganic insulating films such as a film can be used.

탈수화 또는 탈수소화 처리로서 가열 공정을 수행한 경우, 산화물 반도체막(403)에 산소를 공급하는 것이 바람직하다. 산화물 반도체막(403)에 산소를 공급함으로써, 막 내의 산소 결손을 보전할 수 있다.When the heating process is performed as the dehydration or dehydrogenation treatment, it is preferable to supply oxygen to the oxide semiconductor film 403. By supplying oxygen to the oxide semiconductor film 403, oxygen vacancies in the film can be preserved.

본 실시형태에서는 절연막(407)을 공급원으로 하여 산화물 반도체막(403)에 산소를 공급하기 때문에, 절연막(407)으로서 산소를 함유한 산화물 절연막(예를 들어 산화 실리콘막, 산화질화 실리콘막)을 사용하는 예를 제시한다. 절연막(407)을 산소의 공급원으로 하는 경우, 절연막(407)은 산소를 많이(과잉으로) 함유한 막(바람직하게는 결정 상태에서의 화학양론적 조성에 비하여, 산소의 함유량이 과잉인 영역이 포함된 막)으로 하면 산소의 공급원으로서 적합하게 기능시킬 수 있다.In this embodiment, since oxygen is supplied to the oxide semiconductor film 403 using the insulating film 407 as a source, an oxide insulating film containing oxygen (for example, a silicon oxide film or a silicon oxynitride film) is used as the insulating film 407. An example of use is given. In the case where the insulating film 407 is a source of oxygen, the insulating film 407 is a film containing a large amount (excess) of oxygen (preferably a region having an excessive oxygen content as compared with the stoichiometric composition in the crystalline state). Contained film) can be suitably functioned as a source of oxygen.

본 실시형태에서는, 절연막(407)으로서 막 두께 300nm의 산화 실리콘막을 스퍼터링법을 이용하여 형성한다. 막을 형성할 때의 기판 온도는 실온 이상 300℃ 이하로 하면 좋고, 본 실시형태에서는 100℃로 한다. 스퍼터링법에 의한 산화 실리콘막의 형성은 희가스(대표적으로는 아르곤) 분위기하, 산소 분위기하, 또는 희가스와 산소의 혼합 분위기하에서 수행할 수 있다. 또한, 타깃으로서 산화 실리콘 타깃 또는 실리콘 타깃을 사용할 수 있다. 예를 들어, 실리콘 타깃을 사용하여 산소를 포함하는 분위기하에서 스퍼터링법으로 산화 실리콘막을 형성할 수 있다.In this embodiment, a silicon oxide film having a thickness of 300 nm is formed as the insulating film 407 by the sputtering method. The substrate temperature at the time of forming a film may be room temperature or more and 300 degrees C or less, and is 100 degreeC in this embodiment. The formation of the silicon oxide film by the sputtering method can be performed in a rare gas (typically argon) atmosphere, in an oxygen atmosphere, or in a mixed atmosphere of the rare gas and oxygen. Moreover, a silicon oxide target or a silicon target can be used as a target. For example, a silicon oxide film can be formed by sputtering in an atmosphere containing oxygen using a silicon target.

산화물 반도체막(403)의 형성시와 마찬가지로, 절연막(407)의 성막실 내의 잔류 수분을 제거하기 위해서는 흡착형 진공 펌프(크라이오 펌프 등)를 사용하는 것이 바람직하다. 크라이오 펌프를 사용하여 배기한 성막실에서 절연막(407)을 형성하면, 절연막(407)에 함유되는 불순물의 농도를 저감시킬 수 있다. 또한, 절연막(407)의 성막실 내의 잔류 수분을 제거하기 위한 배기 수단으로서는, 터보 분자 펌프에 콜드 트랩을 장착한 것이어도 좋다.As in the case of forming the oxide semiconductor film 403, in order to remove residual moisture in the film formation chamber of the insulating film 407, it is preferable to use an adsorption type vacuum pump (such as a cryo pump). If the insulating film 407 is formed in the film formation chamber exhausted using the cryopump, the concentration of impurities contained in the insulating film 407 can be reduced. As the exhaust means for removing residual water in the film formation chamber of the insulating film 407, a cold trap may be attached to the turbomolecular pump.

절연막(407)을 형성할 때 이용하는 스퍼터링 가스로서는 수소, 물 등의 불순물이 제거된 고순도 가스가 바람직하다.As the sputtering gas used for forming the insulating film 407, a high purity gas from which impurities such as hydrogen and water are removed is preferable.

다음에 산화물 반도체막(403)에, 일부(채널 형성 영역)가 절연막(407)과 접촉한 상태로 가열 공정을 수행한다.Next, a heating process is performed on the oxide semiconductor film 403 with a part (channel formation region) in contact with the insulating film 407.

가열 공정의 온도는 250℃ 이상 700℃ 이하, 또는 400℃ 이상 700℃ 이하, 또는 기판의 변형점 미만으로 한다. 예를 들어, 가열 처리 장치의 하나인 전기로에 기판을 도입하고, 산화물 반도체막에 대하여 질소 분위기하에서 250℃로 1시간의 가열 공정을 수행한다.The temperature of a heating process may be 250 degreeC or more and 700 degrees C or less, 400 degreeC or more and 700 degrees C or less, or less than the strain point of a board | substrate. For example, a substrate is introduced into an electric furnace, which is one of heat treatment apparatuses, and a heating process is performed at 250 ° C. for 1 hour on an oxide semiconductor film under a nitrogen atmosphere.

이 가열 공정은 탈수화 또는 탈수소화 처리를 수행하는 가열 공정과 마찬가지의 가열 방법 및 가열 장치를 이용할 수 있다.This heating process can use the heating method and heating apparatus similar to the heating process which performs a dehydration or a dehydrogenation process.

가열 공정은 감압하, 또는 질소, 산소, 초건조 공기(CRDS(캐비티 링 다운 레이저 분광법) 방식의 이슬점 계측기를 이용하여 측정한 경우의 수분량이 20ppm(이슬점 환산으로 -55℃) 이하, 바람직하게는 1ppm 이하, 바람직하게는 10ppb 이하의 공기), 또는 희가스(아르곤, 헬륨 등)의 분위기하에서 수행하면 좋지만, 상기 질소, 산소, 초건조 공기, 또는 희가스 등의 분위기에 물, 수소 등이 포함되지 않는 것이 바람직하다. 또한, 가열 처리 장치에 도입하는 질소, 산소, 또는 희가스의 순도를 6N(99.9999%) 이상, 바람직하게는 7N(99.99999%) 이상(즉 불순물 농도를 1ppm 이하, 바람직하게는 0.1ppm 이하)으로 하는 것이 바람직하다.The heating step is 20 ppm or less (-55 ° C in terms of dew point) when the water content is measured under a reduced pressure or measured using a dew point meter of nitrogen, oxygen, or ultra-dry air (CRDS (cavity ring down laser spectroscopy) method, preferably 1 ppm or less, preferably 10 ppm or less air) or a rare gas (argon, helium, etc.), but may be performed in an atmosphere such as nitrogen, oxygen, ultra-dry air, or a rare gas such that water, hydrogen, etc. are not included. It is preferable. Further, the purity of nitrogen, oxygen, or rare gas introduced into the heat treatment apparatus is 6N (99.9999%) or more, preferably 7N (99.99999%) or more (that is, impurity concentration is 1 ppm or less, preferably 0.1 ppm or less). It is preferable.

또한, 산화물 반도체막(403)과 산소를 함유한 절연막(407)을 접촉한 상태에서 가열 공정을 수행하기 때문에, 불순물의 배제 공정에 의해 동시에 감소하게 되는 산화물 반도체막(403)을 구성하는 주성분 재료의 하나인 산소를, 산소를 함유한 절연막(407)으로부터 산화물 반도체막(403)에 공급할 수 있다.In addition, since the heating step is performed while the oxide semiconductor film 403 and the insulating film 407 containing oxygen are in contact with each other, the main component material constituting the oxide semiconductor film 403 simultaneously reduced by the removal of impurities. Oxygen, which is one of them, can be supplied from the insulating film 407 containing oxygen to the oxide semiconductor film 403.

또한, 절연막(407) 위에 치밀성이 높은 무기 절연막을 추가적으로 제공하여도 좋다. 예를 들어, 절연막(407) 위에 스퍼터링법에 의해 산화 알루미늄막을 형성한다. 산화 알루미늄막을 고밀도(막 밀도 3.2g/cm3 이상, 바람직하게는 3.6g/cm3 이상)로 함으로써, 트랜지스터(440)에 안정된 전기 특성을 부여할 수 있다. 막 밀도는 러더퍼드 후방 산란법(RBS:Rutherford Backscattering Spectrometry)이나 X선 반사율 측정법(XRR: X-ray Reflection)에 의해 측정할 수 있다.In addition, a highly dense inorganic insulating film may be further provided over the insulating film 407. For example, an aluminum oxide film is formed on the insulating film 407 by sputtering. By making the aluminum oxide film high density (film density of 3.2 g / cm 3 or more, preferably 3.6 g / cm 3 or more), stable electrical characteristics can be imparted to the transistor 440. The film density can be measured by Rutherford Backscattering Spectrometry (RBS) or X-ray Reflection (XRR).

트랜지스터(440) 위에 제공되는 절연막(407)으로서 사용할 수 있는 산화 알루미늄막은 수소나 수분 등의 불순물, 및 산소의 양쪽 모두에 대해 막을 통과시키지 않도록 차단하는 효과(블록 효과)가 높다.The aluminum oxide film that can be used as the insulating film 407 provided over the transistor 440 has a high effect (block effect) of blocking the film from passing through both impurities such as hydrogen, moisture, and oxygen.

따라서, 산화 알루미늄막은 제작 공정중 및 제작 후에, 전기적 특성의 변동 요인이 되는 수소, 수분 등의 불순물이 산화물 반도체막(403)으로 혼입되거나 산화물 반도체를 구성하는 주성분 재료인 산소가 산화물 반도체막(403)으로부터 방출되는 것을 방지하는 보호막으로서 기능한다.Accordingly, in the aluminum oxide film, oxygen, which is a main component material constituting the oxide semiconductor, or impurities such as hydrogen and moisture, which are factors of variation in electrical characteristics, are formed during or after the fabrication process. It functions as a protective film which prevents it from being emitted from.

또한, 트랜지스터(440)에 기인한 표면 요철을 저감하기 위해서 평탄화 절연막을 형성하여도 좋다. 평탄화 절연막으로서는 폴리이미드 수지, 아크릴 수지, 벤조사이클로부텐계 수지 등의 유기 재료를 사용할 수 있다. 또한, 상기 유기 재료 이외에 저유전율 재료(low-k 재료) 등을 사용할 수 있다. 또한, 이들 재료로 형성되는 복수의 절연막을 적층시킴으로써 평탄화 절연막을 형성하여도 좋다.In addition, a planarization insulating film may be formed to reduce surface irregularities caused by the transistor 440. As the planarization insulating film, organic materials such as polyimide resin, acrylic resin and benzocyclobutene resin can be used. In addition to the above organic materials, low dielectric constant materials (low-k materials) and the like can be used. The planarization insulating film may be formed by stacking a plurality of insulating films formed of these materials.

예를 들어, 평탄화 절연막으로서 막 두께 1500nm의 아크릴 수지막을 형성하면 좋다. 아크릴 수지막은 도포법을 이용하여 트랜지스터(440) 위에 아크릴 수지를 도포한 후, 소성(예를 들어, 질소 분위기하에서 250℃로 1시간)하여 형성할 수 있다.For example, an acrylic resin film having a thickness of 1500 nm may be formed as the planarization insulating film. The acrylic resin film may be formed by coating an acrylic resin on the transistor 440 using a coating method and then firing (for example, 1 hour at 250 ° C. under a nitrogen atmosphere).

평탄화 절연막을 형성한 후, 가열 처리를 수행하여도 좋다. 예를 들어, 질소 분위기하에서 250℃로 1시간의 가열 처리를 수행한다.After the planarization insulating film is formed, heat treatment may be performed. For example, heat treatment is performed at 250 ° C. for 1 hour under a nitrogen atmosphere.

이와 같이 트랜지스터(440)를 형성한 후, 가열 처리를 수행하여도 좋다. 또한, 가열 처리는 복수회 수행하여도 좋다.After the transistor 440 is formed in this manner, heat treatment may be performed. In addition, you may perform heat processing in multiple times.

유리 기판(400)과, 제 2 게이트 절연막(402) 및 산화물 반도체막(403) 사이에 제 1 게이트 절연막(436)이 제공되어 있기 때문에, 유리 기판(400)에 함유되는 제 1 금속 원소가 제 2 게이트 절연막(402) 및 산화물 반도체막(403)으로 확산되는 것을 방지할 수 있다.Since the first gate insulating film 436 is provided between the glass substrate 400, the second gate insulating film 402, and the oxide semiconductor film 403, the first metal element contained in the glass substrate 400 is formed. Diffusion to the two gate insulating film 402 and the oxide semiconductor film 403 can be prevented.

트랜지스터(440)의 전기 특성의 저하나 변동을 초래하는 요인이 되는 유리 기판(400)에 함유되는 제 1 금속 원소의 확산을 방지할 수 있기 때문에, 트랜지스터(440)에 안정된 전기 특성을 부여할 수 있다.Since it is possible to prevent diffusion of the first metal element contained in the glass substrate 400 which causes deterioration or fluctuation of the electrical characteristics of the transistor 440, stable electrical characteristics can be given to the transistor 440. have.

따라서, 산화물 반도체막(403)을 사용한 안정된 전기 특성을 갖는 트랜지스터(440)를 포함한 신뢰성이 높은 반도체 장치를 제공할 수 있다. 또한, 신뢰성이 높은 반도체 장치를 고수율로 제작하여 고생산성화를 달성할 수 있다.Therefore, a highly reliable semiconductor device including the transistor 440 having stable electrical characteristics using the oxide semiconductor film 403 can be provided. In addition, high productivity can be achieved by manufacturing a highly reliable semiconductor device with high yield.

(실시형태 2)(Embodiment 2)

본 실시형태에서는 반도체 장치 및 반도체 장치의 제작 방법의 다른 일 형태를 도 3a 및 도 3b를 사용하여 설명한다. 상술한 실시형태와 동일 부분 또는 같은 기능을 갖는 부분 및 공정은 상술한 실시형태와 마찬가지로 수행할 수 있고, 반복 설명은 생략한다. 또한, 같은 부분의 자세한 설명은 생략한다.In this embodiment, another embodiment of the semiconductor device and the manufacturing method of the semiconductor device will be described with reference to FIGS. 3A and 3B. Portions and processes having the same or the same function as the above-described embodiment can be performed in the same manner as the above-described embodiment, and repeated description is omitted. In addition, detailed description of the same part is abbreviate | omitted.

도 3a 및 도 3b에 도시된 트랜지스터(430)는 채널 보호형(채널 스톱형이라고도 함)이라고 불리는 하부 게이트 구조의 한가지이며, 역스태거형 트랜지스터라고도 하는 트랜지스터의 일례이다. 도 3a는 평면도이고, 도 3a에 도시된 일점 쇄선 X1-Y1에서 절단한 부분의 단면이 도 3b에 상당한다.The transistor 430 shown in Figs. 3A and 3B is one of a lower gate structure called a channel protection type (also called a channel stop type), and is an example of a transistor also called an inverted staggered transistor. FIG. 3A is a plan view, and a cross section of a portion cut along the dashed-dotted line X1-Y1 shown in FIG. 3A corresponds to FIG. 3B.

트랜지스터(430)의 채널 길이 방향의 단면도인 도 3b에 도시된 바와 같이, 트랜지스터(430)를 포함한 반도체 장치는 유리 기판(400) 위에 게이트 전극층(401)과, 게이트 전극층(401)을 덮도록 제 1 게이트 절연막(436)이 제공되고, 제 1 게이트 절연막(436) 위에 제 2 게이트 절연막(402), 산화물 반도체막(403), 소스 전극층(405a), 및 드레인 전극층(405b)을 갖는다. 또한, 산화물 반도체막(403)에 접촉하는 절연층(413)을 갖는다.As shown in FIG. 3B, which is a cross-sectional view of the transistor 430 in the channel length direction, the semiconductor device including the transistor 430 may be formed to cover the gate electrode layer 401 and the gate electrode layer 401 on the glass substrate 400. A first gate insulating film 436 is provided, and has a second gate insulating film 402, an oxide semiconductor film 403, a source electrode layer 405a, and a drain electrode layer 405b over the first gate insulating film 436. In addition, the insulating layer 413 is in contact with the oxide semiconductor film 403.

게이트 전극층(401)과 산화물 반도체막(403) 사이에 적어도 제 1 게이트 절연막(436)과 제 2 게이트 절연막(402)을 제공한다. 게이트 전극층(401) 측에 제공되는 제 1 게이트 절연막(436)의 조성과, 산화물 반도체막(403) 측에 제공되는 제 2 게이트 절연막(402)의 조성은 상이하게 한다. 또한, 제 1 게이트 절연막(436)과 제 2 게이트 절연막(402) 사이의 계면에 있어서, 유리 기판(400)에 함유되는 제 1 금속 원소의 농도를 5×1018atoms/cm3 이하(바람직하게는 1×1018atoms/cm3 이하)로 한다.At least a first gate insulating film 436 and a second gate insulating film 402 are provided between the gate electrode layer 401 and the oxide semiconductor film 403. The composition of the first gate insulating film 436 provided on the gate electrode layer 401 side and the composition of the second gate insulating film 402 provided on the oxide semiconductor film 403 side are different. Further, at the interface between the first gate insulating film 436 and the second gate insulating film 402, the concentration of the first metal element contained in the glass substrate 400 is 5 × 10 18 atoms / cm 3 or less (preferably Is 1 × 10 18 atoms / cm 3 or less).

제 1 게이트 절연막(436)에는 박막의 질화물 절연막을 사용할 수 있다. 예를 들어, 질화 실리콘막, 질화산화 실리콘막 등을 들 수 있다. 제 1 게이트 절연막(436)은 단층 구조이든 적층 구조이든 어느 쪽이라도 좋다. 제 1 게이트 절연막(436)의 막 두께는 얇게 할 수 있으며, 30nm 이상 50nm 이하로 할 수 있다.A thin film nitride insulating film may be used for the first gate insulating film 436. For example, a silicon nitride film, a silicon nitride oxide film, etc. are mentioned. The first gate insulating film 436 may be either a single layer structure or a stacked structure. The film thickness of the first gate insulating film 436 can be thin, and can be 30 nm or more and 50 nm or less.

트랜지스터(430)의 신뢰성(특성의 안정성)을 저하시키지 않기 위해서 저감해야 되는 금속 원소는 나트륨, 알루미늄, 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 바륨이며, 더 나아가서는 유리 기판(400)에 함유되는 다른 원소인 실리콘이나 붕소도 같은 정도의 수준까지 저감시키는 것이 바람직하다.In order to reduce the reliability (stability of the characteristic) of the transistor 430, the metal elements to be reduced are sodium, aluminum, magnesium, calcium, strontium, and barium, and further, silicon, which is another element contained in the glass substrate 400. It is preferable to reduce boron and boron to the same level.

산화물 반도체막(403)에 접촉하는 절연층(413)은 게이트 전극층(401)과 중첩되는 산화물 반도체막(403)의 채널 형성 영역 위에 제공되어 있으며, 채널 보호막으로서 기능한다.The insulating layer 413 in contact with the oxide semiconductor film 403 is provided over the channel formation region of the oxide semiconductor film 403 overlapping with the gate electrode layer 401 and functions as a channel protective film.

채널 형성 영역 위에 중첩되는 절연층(413)의 단면 형상, 구체적으로는 단부(端部)의 단면 형상(테이퍼각이나 막 두께 등)을 하기에 제시하는 바와 같이 함으로써, 드레인 전극층(405b)의 단부 근방에 발생될 우려가 있는 전계 집중을 완화하여, 트랜지스터(430)의 스위칭 특성의 열화를 억제할 수 있다.The cross-sectional shape of the insulating layer 413 superimposed on the channel formation region, specifically, the cross-sectional shape (taper angle, film thickness, etc.) of the end portion as shown below, thereby providing the end of the drain electrode layer 405b. It is possible to alleviate the electric field concentration that may be generated in the vicinity, and suppress deterioration in switching characteristics of the transistor 430.

구체적으로는 채널 형성 영역 위에 중첩되는 절연층(413)의 단면 형상은 사다리꼴형 또는 삼각형으로 하고, 단면 형상의 하단부의 테이퍼 각을 60° 이하, 바람직하게는 45° 이하, 더 바람직하게는 30° 이하로 한다. 각도를 이와 같은 범위로 함으로써, 높은 게이트 전압이 게이트 전극층(401)에 인가되는 경우에 드레인 전극층(405b)의 단부 근방에 발생될 우려가 있는 전계 집중을 완화시킬 수 있다.Specifically, the cross-sectional shape of the insulating layer 413 overlapping the channel formation region is trapezoidal or triangular, and the taper angle of the lower end of the cross-sectional shape is 60 ° or less, preferably 45 ° or less, more preferably 30 °. Let it be as follows. By setting the angle in such a range, when the high gate voltage is applied to the gate electrode layer 401, the electric field concentration that may be generated near the end of the drain electrode layer 405b can be alleviated.

또한, 채널 형성 영역 위에 중첩되는 절연층(413)의 막 두께를 0.3μm 이하, 바람직하게는 5nm 이상 0.1μm 이하로 한다. 막 두께를 이와 같은 범위로 함으로써, 전계 강도의 피크를 작게 할 수 있거나, 또는 전계 집중이 분산되어 전계가 집중되는 부분이 복수로 생겨, 결과적으로 드레인 전극층(405b)의 단부 근방에 발생될 우려가 있는 전계 집중을 완화시킬 수 있다.Further, the film thickness of the insulating layer 413 overlying the channel formation region is 0.3 μm or less, preferably 5 nm or more and 0.1 μm or less. By setting the film thickness in such a range, it is possible to reduce the peak of the electric field intensity or to generate a plurality of portions where the electric field concentration is dispersed and the electric field is concentrated, and as a result, there is a possibility that it is generated near the end of the drain electrode layer 405b. It can alleviate electric field concentration.

이하에서, 트랜지스터(430)를 갖는 반도체 장치의 제작 방법의 일례를 제시한다.Below, an example of the manufacturing method of the semiconductor device which has the transistor 430 is shown.

절연 표면을 갖는 유리 기판(400) 위에 도전막을 형성하고, 상기 도전막을 에칭하여 게이트 전극층(401)을 형성한다. 본 실시형태에서는 스퍼터링법에 의해 막 두께 100nm의 텅스텐막을 형성한다.A conductive film is formed on the glass substrate 400 having an insulating surface, and the gate film 401 is formed by etching the conductive film. In this embodiment, a tungsten film having a thickness of 100 nm is formed by the sputtering method.

다음에, 게이트 전극층(401)을 덮도록 제 1 게이트 절연막(436)을 제공한다.Next, a first gate insulating film 436 is provided to cover the gate electrode layer 401.

제 1 게이트 절연막(436)에는 플라즈마 CVD법 또는 스퍼터링법 등을 이용하여 형성된 질화물 절연막을 사용할 수 있다. 예를 들어, 질화 실리콘막, 질화산화 실리콘막 등을 들 수 있다. 제 1 게이트 절연막(436)은 단층 구조이든 적층 구조이든 어느 구조이어도 좋다.As the first gate insulating film 436, a nitride insulating film formed by plasma CVD, sputtering, or the like can be used. For example, a silicon nitride film, a silicon nitride oxide film, etc. are mentioned. The first gate insulating film 436 may be either a single layer structure or a stacked structure.

또한, 유리 기판(400)으로부터 불순물이 확산되는 것을 방지하기 위한 제 1 게이트 절연막(436)으로서, 티타늄(Ti), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 하프늄(Hf), 탄탈(Ta), 란탄(La), 지르코늄(Zr), 니켈(Ni), 마그네슘(Mg), 바륨(Ba), 및 알루미늄(Al) 중에서 선택되는 임의의 1 종류 이상의 금속 원소를 함유한 금속 산화물 절연막(예를 들어, 산화 알루미늄막, 산화질화 알루미늄막, 산화 하프늄막, 산화 마그네슘막, 산화 지르코늄막, 산화 란탄막, 산화 바륨막), 또는 상술한 금속 원소를 성분으로 하는 금속 질화물 절연막(질화 알루미늄막, 질화산화 알루미늄막)을 사용할 수 있다. 또한, 제 1 게이트 절연막(436)에는 산화 갈륨막, In-Zr-Zn계 산화물막, In-Fe-Zn계 산화물막, In-Ce-Zn계 산화물막 등도 사용할 수 있다.In addition, as the first gate insulating film 436 to prevent diffusion of impurities from the glass substrate 400, titanium (Ti), molybdenum (Mo), tungsten (W), hafnium (Hf), tantalum (Ta), Metal oxide insulating films containing any one or more metal elements selected from lanthanum (La), zirconium (Zr), nickel (Ni), magnesium (Mg), barium (Ba), and aluminum (Al) (e.g., , An aluminum oxide film, an aluminum oxynitride film, a hafnium oxide film, a magnesium oxide film, a zirconium oxide film, a lanthanum oxide film, a barium oxide film), or a metal nitride insulating film (aluminum nitride film, oxynitride) containing the above-described metal element Aluminum film) can be used. A gallium oxide film, an In—Zr—Zn oxide film, an In—Fe—Zn oxide film, an In—Ce—Zn oxide film, or the like may also be used for the first gate insulating film 436.

본 실시형태에서는 제 1 게이트 절연막(436)으로서 플라즈마 CVD법을 이용하여 형성하는 막 두께 30nm의 질화 실리콘막을 사용한다.In this embodiment, as the first gate insulating film 436, a silicon nitride film having a thickness of 30 nm formed by the plasma CVD method is used.

제 1 게이트 절연막(436)으로 게이트 전극층(401)이 덮여 있기 때문에, 게이트 전극층(401)을 형성하는 에칭 공정에서 게이트 전극층(401) 표면에 유리 기판(400)에 함유되는 제 1 금속 원소가 부착되어 있어도, 제 2 게이트 절연막(402)으로 확산되는 것을 방지할 수 있다.Since the gate electrode layer 401 is covered with the first gate insulating film 436, the first metal element contained in the glass substrate 400 adheres to the surface of the gate electrode layer 401 in the etching process of forming the gate electrode layer 401. Even if it is, the diffusion to the second gate insulating film 402 can be prevented.

제 1 게이트 절연막(436) 위에 제 2 게이트 절연막(402)을 형성한다. 본 실시형태에서는 플라즈마 CVD법을 이용하여 막 두께 300nm의 산화질화 실리콘막을 형성한다.A second gate insulating film 402 is formed on the first gate insulating film 436. In this embodiment, a silicon oxynitride film having a thickness of 300 nm is formed by using plasma CVD.

제 2 게이트 절연막(402) 위에 산화물 반도체막(403)을 형성한다. 본 실시형태에 있어서, 산화물 반도체막(403)으로서 AC 전원 장치를 갖는 스퍼터링 장치를 이용한 스퍼터링법에 의해, 막 두께 35nm의 In-Ga-Zn계 산화물막(IGZO막)을 형성한다. 본 실시형태에 있어서, 원자수비가 In: Ga: Zn=1:1:1(=1/3: 1/3: 1/3)인 In-Ga-Zn계 산화물 타깃을 사용한다. 또한, 성막 조건은 산소 및 아르곤 분위기하(산소 유량 비율 50%), 압력 0.6Pa, 전원 전력 5kW, 기판 온도 170℃로 한다. 이 성막 조건하에서의 성막 속도는 16nm/min이다.An oxide semiconductor film 403 is formed over the second gate insulating film 402. In this embodiment, an In—Ga—Zn based oxide film (IGZO film) having a thickness of 35 nm is formed by a sputtering method using a sputtering device having an AC power supply device as the oxide semiconductor film 403. In the present embodiment, an In—Ga—Zn-based oxide target having an atomic ratio of In: Ga: Zn = 1: 1: 1 (= 1/3: 1/3: 1/3) is used. In addition, film-forming conditions are made into oxygen and argon atmosphere (oxygen flow rate ratio 50%), a pressure of 0.6 Pa, a power supply of 5 kW, and a substrate temperature of 170 ° C. The film formation rate under these film formation conditions is 16 nm / min.

또한, 산화물 반도체막(403)에 과잉으로 함유된 수소(물이나 수산기를 포함함)를 제거(탈수화 또는 탈수소화)하기 위한 가열 처리를 수행하여도 좋다. 본 실시형태에서는, 가열 처리 장치의 하나인 전기로에 기판을 도입하고, 산화물 반도체막(403)에 대하여 질소 분위기하에서 450℃로 1시간의 가열 처리, 또한 질소 및 산소 분위기하에서 450℃로 1시간의 가열 처리를 수행한다.Further, a heat treatment for removing (dehydrating or dehydrogenating) hydrogen (including water and hydroxyl groups) contained in the oxide semiconductor film 403 in excess may be performed. In this embodiment, the substrate is introduced into an electric furnace which is one of the heat treatment apparatuses, and the oxide semiconductor film 403 is heated at 450 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere, and at 450 ° C. for 1 hour in a nitrogen and oxygen atmosphere. Heat treatment is carried out.

다음에 게이트 전극층(401)과 중첩되는 산화물 반도체막(403)의 채널 형성 영역 위에 절연층(413)을 형성한다.Next, an insulating layer 413 is formed over the channel formation region of the oxide semiconductor film 403 overlapping with the gate electrode layer 401.

절연층(413)은 플라즈마 CVD법, 스퍼터링법에 의해 형성된 절연막을 에칭에 의해 가공하여 형성할 수 있다. 절연층(413)으로서 대표적으로는 산화 실리콘막, 산화질화 실리콘막, 산화 알루미늄막, 산화질화 알루미늄막, 산화 하프늄막, 산화 갈륨막, 질화 실리콘막, 질화 알루미늄막, 질화산화 실리콘막, 질화산화 알루미늄막 등의 무기 절연막의 단층 또는 적층을 사용할 수 있다.The insulating layer 413 can be formed by processing an insulating film formed by plasma CVD or sputtering by etching. As the insulating layer 413, typically, a silicon oxide film, a silicon oxynitride film, an aluminum oxide film, an aluminum oxynitride film, a hafnium oxide film, a gallium oxide film, a silicon nitride film, an aluminum nitride film, a silicon nitride oxide film, or an oxynitride A single layer or lamination of an inorganic insulating film such as an aluminum film can be used.

산화물 반도체막(403)에 접촉하는 절연층(413)(절연층(413)이 적층 구조인 경우, 산화물 반도체막(403)에 접촉하는 막)이 산소를 많이 함유한 상태로 하면, 산화물 반도체막(403)에 산소를 공급하는 공급원으로서 적합하게 기능시킬 수 있다.When the insulating layer 413 in contact with the oxide semiconductor film 403 (the film in contact with the oxide semiconductor film 403 in the case where the insulating layer 413 has a laminated structure) contains a large amount of oxygen, the oxide semiconductor film It can function suitably as a supply source which supplies oxygen to 403.

본 실시형태에서는 절연층(413)으로서 스퍼터링법에 의해, 막 두께 200nm의 산화 실리콘막을 형성한다. 산화 실리콘막을 선택적으로 에칭하여, 단면 형상이 사다리꼴형 또는 삼각형이며, 단면 형상의 하단부의 테이퍼 각이 60° 이하, 바람직하게는 45° 이하, 더 바람직하게는 30° 이하인 절연층(413)을 형성한다. 또한, 절연층(413)의 평면 형상은 직사각형이다. 또한, 본 실시형태에서는 포토리소그래피 공정에 의해, 산화 실리콘막 위에 레지스트 마스크를 형성하고, 선택적으로 에칭을 수행하여, 절연층(413)의 하단부의 테이퍼각을 약 30°로 한다.In this embodiment, a silicon oxide film having a thickness of 200 nm is formed by the sputtering method as the insulating layer 413. The silicon oxide film is selectively etched to form an insulating layer 413 whose cross-sectional shape is trapezoidal or triangular, and the taper angle of the lower end of the cross-sectional shape is 60 ° or less, preferably 45 ° or less, more preferably 30 ° or less. do. In addition, the planar shape of the insulating layer 413 is rectangular. In this embodiment, a resist mask is formed on the silicon oxide film by a photolithography step, and selectively etched to make the taper angle of the lower end of the insulating layer 413 approximately 30 degrees.

절연층(413)을 형성한 후, 가열 처리를 수행하여도 좋다. 본 실시형태에서는 질소 분위기하에서 300℃로 1시간의 가열 처리를 수행한다.After the insulating layer 413 is formed, heat treatment may be performed. In this embodiment, heat processing is performed at 300 degreeC for 1 hour in nitrogen atmosphere.

다음에, 게이트 전극층(401), 제 1 게이트 절연막(436), 제 2 게이트 절연막(402), 산화물 반도체막(403), 및 절연층(413) 위에 소스 전극층 및 드레인 전극층이 되는 도전막을 형성한다.Next, a conductive film serving as a source electrode layer and a drain electrode layer is formed over the gate electrode layer 401, the first gate insulating film 436, the second gate insulating film 402, the oxide semiconductor film 403, and the insulating layer 413. .

본 실시형태에서는 도전막으로서 스퍼터링법에 의해 형성한 막 두께 100nm의 티타늄막, 막 두께 400nm의 알루미늄막, 막 두께 100nm의 티타늄막의 적층을 사용한다. 도전막의 에칭으로서는 드라이 에칭법에 의해 티타늄막, 알루미늄막, 티타늄막의 적층을 에칭하여, 소스 전극층(405a), 드레인 전극층(405b)을 형성한다.In the present embodiment, a laminate of a titanium film with a thickness of 100 nm, an aluminum film with a thickness of 400 nm, and a titanium film with a thickness of 100 nm formed by the sputtering method is used as the conductive film. As the etching of the conductive film, a stack of a titanium film, an aluminum film, and a titanium film is etched by a dry etching method to form a source electrode layer 405a and a drain electrode layer 405b.

본 실시형태에서는 제 1 에칭 조건으로 티타늄막과 알루미늄막의 2층을 에칭한 후, 제 2 에칭 조건으로 나머지의 티타늄막 단층을 제거한다. 또한, 제 1 에칭 조건은 에칭 가스(BCl3: Cl2=750sccm:150sccm)를 사용하고, 바이어스 전력을 1500W, ICP 전원 전력을 0W, 압력을 2.0Pa로 한다. 제 2 에칭 조건은 에칭 가스(BCl3: Cl2=700sccm:100sccm)를 사용하고, 바이어스 전력을 750W, ICP 전원 전력을 0W, 압력을 2.0Pa로 한다.In the present embodiment, two layers of the titanium film and the aluminum film are etched under the first etching condition, and then the remaining titanium film single layer is removed under the second etching condition. Furthermore, the first etching conditions, the etching gas and the (BCl 3: 150sccm: Cl 2 = 750sccm) to use, the bias power 1500W, ICP 0W power Power, pressure was 2.0Pa. As the second etching condition, an etching gas (BCl 3 : Cl 2 = 700 sccm: 100 sccm) is used, the bias power is 750 W, the ICP power supply power is 0 W, and the pressure is 2.0 Pa.

상술한 공정을 거쳐, 본 실시형태의 트랜지스터(430)가 제작된다.Through the above process, the transistor 430 of this embodiment is manufactured.

소스 전극층(405a), 드레인 전극층(405b) 위에 절연막을 형성하여도 좋다.An insulating film may be formed on the source electrode layer 405a and the drain electrode layer 405b.

절연막은 절연층(413)과 같은 재료 및 방법을 이용하여 형성할 수 있다. 예를 들어, CVD법에 의해 막 두께 400nm의 산화질화 실리콘막을 형성한다. 또한, 절연막을 형성한 후에 가열 처리를 수행하여도 좋다. 예를 들어, 질소 분위기하에서 300℃로 1시간의 가열 처리를 수행한다.The insulating film can be formed using the same material and method as the insulating layer 413. For example, a silicon oxynitride film having a thickness of 400 nm is formed by CVD. In addition, heat treatment may be performed after the insulating film is formed. For example, heat treatment is performed at 300 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere.

또한, 트랜지스터(430)에 기인한 표면 요철을 저감하기 위해서 평탄화 절연막을 형성하여도 좋다.In addition, a planarization insulating film may be formed to reduce surface irregularities caused by the transistor 430.

예를 들어, 절연막 위에 평탄화 절연막으로서 막 두께 1500nm의 아크릴 수지막을 형성하면 좋다. 아크릴 수지막은 도포법을 이용하여 트랜지스터(430) 위에 아크릴 수지를 도포한 후, 소성(예를 들어, 질소 분위기하에서 250℃로 1시간)하여 형성할 수 있다.For example, an acrylic resin film having a thickness of 1500 nm may be formed as a planarization insulating film on the insulating film. The acrylic resin film may be formed by coating an acrylic resin on the transistor 430 using a coating method and then firing (for example, at 250 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere).

평탄화 절연막을 형성한 후, 가열 처리를 수행하여도 좋다. 예를 들어, 질소 분위기하에서 250℃로 1시간의 가열 처리를 수행한다.After the planarization insulating film is formed, heat treatment may be performed. For example, heat treatment is performed at 250 ° C. for 1 hour under a nitrogen atmosphere.

상술한 바와 같이, 유리 기판(400)과, 제 2 게이트 절연막(402) 및 산화물 반도체막(403) 사이에 제 1 게이트 절연막(436)이 제공되어 있기 때문에, 유리 기판(400)에 함유되는 제 1 금속 원소가 제 2 게이트 절연막(402) 및 산화물 반도체막(403)으로 확산되는 것을 방지할 수 있다.As described above, since the first gate insulating film 436 is provided between the glass substrate 400, the second gate insulating film 402, and the oxide semiconductor film 403, the agent contained in the glass substrate 400. It is possible to prevent the first metal element from diffusing into the second gate insulating film 402 and the oxide semiconductor film 403.

트랜지스터(430)의 전기 특성의 저하나 변동을 초래하는 요인이 되는 유리 기판(400)에 함유되는 제 1 금속 원소의 확산을 방지할 수 있기 때문에, 트랜지스터(430)에 안정된 전기 특성을 부여할 수 있다.Since it is possible to prevent diffusion of the first metal element contained in the glass substrate 400 which causes deterioration or fluctuation of the electrical characteristics of the transistor 430, it is possible to give the transistor 430 stable electrical characteristics. have.

따라서, 산화물 반도체막(403)을 사용한 안정된 전기 특성을 갖는 트랜지스터(430)를 포함한 신뢰성이 높은 반도체 장치를 제공할 수 있다. 또한, 신뢰성이 높은 반도체 장치를 고수율로 제작하여 고생산성화를 달성할 수 있다.Therefore, a highly reliable semiconductor device including the transistor 430 having stable electrical characteristics using the oxide semiconductor film 403 can be provided. In addition, high productivity can be achieved by manufacturing a highly reliable semiconductor device with high yield.

(실시형태 3)(Embodiment 3)

본 실시형태에서는 반도체 장치 및 반도체 장치의 제작 방법의 다른 일 형태를 도 4a 및 도 4b를 사용하여 설명한다. 상술한 실시형태와 동일 부분 또는 같은 기능을 갖는 부분 및 공정은 상술한 실시형태와 마찬가지로 수행할 수 있고, 반복 설명은 생략한다. 또한, 같은 부분의 자세한 설명은 생략한다.In this embodiment, another embodiment of the semiconductor device and the manufacturing method of the semiconductor device will be described with reference to FIGS. 4A and 4B. Portions and processes having the same or the same function as the above-described embodiment can be performed in the same manner as the above-described embodiment, and repeated description is omitted. In addition, detailed description of the same part is abbreviate | omitted.

도 4a 및 도 4b에 도시된 트랜지스터(420)는 채널 보호형(채널 스톱형이라고도 함)이라고 불리는 하부 게이트 구조의 한가지이며, 역스태거형 트랜지스터라고도 하는 트랜지스터의 일례이다. 도 4a는 평면도이고, 도 4a에 도시된 일점 쇄선 X2-Y2에서 절단한 부분의 단면이 도 4b에 상당한다.The transistor 420 shown in Figs. 4A and 4B is one of the lower gate structures called the channel protection type (also called the channel stop type), and is an example of a transistor also called an inverted staggered transistor. FIG. 4A is a plan view, and a cross section of the portion cut along the dashed-dotted line X2-Y2 shown in FIG. 4A corresponds to FIG. 4B.

트랜지스터(420)의 채널 길이 방향의 단면도인 도 4b에 도시된 바와 같이, 트랜지스터(420)를 포함한 반도체 장치는 유리 기판(400) 위에 게이트 전극층(401)과, 게이트 전극층(401)을 덮도록 제 1 게이트 절연막(436)이 제공되고, 제 1 게이트 절연막(436) 위에 제 2 게이트 절연막(402), 산화물 반도체막(403), 절연층(423), 소스 전극층(405a), 드레인 전극층(405b)을 갖는다.As shown in FIG. 4B, which is a cross-sectional view of the transistor 420 in the channel length direction, the semiconductor device including the transistor 420 is formed so as to cover the gate electrode layer 401 and the gate electrode layer 401 on the glass substrate 400. A first gate insulating film 436 is provided, and a second gate insulating film 402, an oxide semiconductor film 403, an insulating layer 423, a source electrode layer 405a, and a drain electrode layer 405b are disposed on the first gate insulating film 436. Has

절연층(423)은 산화물 반도체막(403)에 도달하고 소스 전극층(405a) 또는 드레인 전극층(405b)이 내벽을 덮도록 형성된 개구(425a, 425b)를 갖는다. 따라서, 산화물 반도체막(403)의 주연부는 절연층(423)으로 덮여 있고, 상기 절연층(423)은 층간 절연막으로서도 기능한다. 게이트 배선과 소스 배선의 교차부에 제 2 게이트 절연막(402)뿐만 아니라, 절연층(423)도 층간 절연막으로서 배치함으로써, 기생 용량을 저감할 수 있다.The insulating layer 423 reaches the oxide semiconductor film 403 and has openings 425a and 425b formed so that the source electrode layer 405a or the drain electrode layer 405b covers the inner wall. Therefore, the peripheral portion of the oxide semiconductor film 403 is covered with the insulating layer 423, and the insulating layer 423 also functions as an interlayer insulating film. By arranging not only the second gate insulating film 402 but also the insulating layer 423 as the interlayer insulating film at the intersection of the gate wiring and the source wiring, parasitic capacitance can be reduced.

트랜지스터(420)에 있어서, 산화물 반도체막(403)은 절연층(423), 소스 전극층(405a), 및 드레인 전극층(405b)으로 덮여 있는 구성으로 되어 있다.In the transistor 420, the oxide semiconductor film 403 is configured to be covered with the insulating layer 423, the source electrode layer 405a, and the drain electrode layer 405b.

절연층(423)은 플라즈마 CVD법, 스퍼터링법에 의해 형성한 절연막을 에칭에 의해 가공하여 형성할 수 있다. 또한, 절연층(423)의 개구(425a, 425b)의 내벽은 테이퍼 형상을 갖는다.The insulating layer 423 can be formed by processing an insulating film formed by plasma CVD or sputtering by etching. In addition, the inner walls of the openings 425a and 425b of the insulating layer 423 have a tapered shape.

절연층(423)은 적어도 게이트 전극층(401)과 중첩되는 산화물 반도체막(403)의 채널 형성 영역 위를 포함한 산화물 반도체막(403) 위에 제공되며, 일부가 채널 보호막으로서 기능한다.The insulating layer 423 is provided over the oxide semiconductor film 403 including at least on the channel formation region of the oxide semiconductor film 403 overlapping with the gate electrode layer 401, and a part functions as a channel protective film.

게이트 전극층(401)과 산화물 반도체막(403) 사이에 적어도 제 1 게이트 절연막(436)과 제 2 게이트 절연막(402)을 제공한다. 게이트 전극층(401) 측에 제공되는 제 1 게이트 절연막(436)의 조성과, 산화물 반도체막(403) 측에 제공되는 제 2 게이트 절연막(402)의 조성은 상이하게 한다. 또한, 제 1 게이트 절연막(436)과 제 2 게이트 절연막(402) 사이의 계면에 있어서, 유리 기판(400)에 함유되는 제 1 금속 원소의 농도를 5×1018atoms/cm3 이하(바람직하게는 1×1018atoms/cm3 이하)로 한다.At least a first gate insulating film 436 and a second gate insulating film 402 are provided between the gate electrode layer 401 and the oxide semiconductor film 403. The composition of the first gate insulating film 436 provided on the gate electrode layer 401 side and the composition of the second gate insulating film 402 provided on the oxide semiconductor film 403 side are different. Further, at the interface between the first gate insulating film 436 and the second gate insulating film 402, the concentration of the first metal element contained in the glass substrate 400 is 5 × 10 18 atoms / cm 3 or less (preferably Is 1 × 10 18 atoms / cm 3 or less).

제 1 게이트 절연막(436)에는 박막의 질화물 절연막을 사용할 수 있다. 예를 들어, 질화 실리콘막, 질화산화 실리콘막 등을 들 수 있다. 제 1 게이트 절연막(436)은 단층 구조이든 적층 구조이든 어느 쪽이라도 좋다. 제 1 게이트 절연막(436)의 막 두께는 얇게 할 수 있으며, 30nm 이상 50nm 이하로 할 수 있다.A thin film nitride insulating film may be used for the first gate insulating film 436. For example, a silicon nitride film, a silicon nitride oxide film, etc. are mentioned. The first gate insulating film 436 may be either a single layer structure or a stacked structure. The film thickness of the first gate insulating film 436 can be thin, and can be 30 nm or more and 50 nm or less.

또한, 유리 기판(400)으로부터 불순물이 확산되는 것을 방지하기 위한 제 1 게이트 절연막(436)으로서, 티타늄(Ti), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 하프늄(Hf), 탄탈(Ta), 란탄(La), 지르코늄(Zr), 니켈(Ni), 마그네슘(Mg), 바륨(Ba), 및 알루미늄(Al) 중에서 선택되는 임의의 1 종류 이상의 금속 원소를 함유한 금속 산화물 절연막(예를 들어, 산화 알루미늄막, 산화질화 알루미늄막, 산화 하프늄막, 산화 마그네슘막, 산화 지르코늄막, 산화 란탄막, 산화 바륨막), 또는 상술한 금속 원소를 성분으로 하는 금속 질화물 절연막(질화 알루미늄막, 질화산화 알루미늄막)을 사용할 수 있다. 또한, 제 1 게이트 절연막(436)에는 산화 갈륨막, In-Zr-Zn계 산화물막, In-Fe-Zn계 산화물막, In-Ce-Zn계 산화물막 등도 사용할 수 있다.In addition, as the first gate insulating film 436 to prevent diffusion of impurities from the glass substrate 400, titanium (Ti), molybdenum (Mo), tungsten (W), hafnium (Hf), tantalum (Ta), Metal oxide insulating films containing any one or more metal elements selected from lanthanum (La), zirconium (Zr), nickel (Ni), magnesium (Mg), barium (Ba), and aluminum (Al) (e.g., , An aluminum oxide film, an aluminum oxynitride film, a hafnium oxide film, a magnesium oxide film, a zirconium oxide film, a lanthanum oxide film, a barium oxide film), or a metal nitride insulating film (aluminum nitride film, oxynitride) containing the above-described metal element Aluminum film) can be used. A gallium oxide film, an In—Zr—Zn oxide film, an In—Fe—Zn oxide film, an In—Ce—Zn oxide film, or the like may also be used for the first gate insulating film 436.

트랜지스터(420)의 신뢰성(특성의 안정성)을 저하시키지 않기 위해서 저감해야 되는 금속 원소는 나트륨, 알루미늄, 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 바륨이며, 더 나아가서는 유리 기판(400)에 함유되는 다른 원소인 실리콘이나 붕소도 같은 정도의 수준까지 저감시키는 것이 바람직하다.In order to reduce the reliability (stability of the characteristic) of the transistor 420, the metal elements to be reduced are sodium, aluminum, magnesium, calcium, strontium, and barium, and further, silicon, which is another element contained in the glass substrate 400. It is preferable to reduce boron and boron to the same level.

상술한 바와 같이, 유리 기판(400)과, 제 2 게이트 절연막(402) 및 산화물 반도체막(403) 사이에 제 1 게이트 절연막(436)이 제공되어 있기 때문에, 유리 기판(400)에 함유되는 제 1 금속 원소가 제 2 게이트 절연막(402) 및 산화물 반도체막(403)으로 확산되는 것을 방지할 수 있다.As described above, since the first gate insulating film 436 is provided between the glass substrate 400, the second gate insulating film 402, and the oxide semiconductor film 403, the agent contained in the glass substrate 400. It is possible to prevent the first metal element from diffusing into the second gate insulating film 402 and the oxide semiconductor film 403.

트랜지스터(420)의 전기 특성의 저하나 변동을 초래하는 요인이 되는 유리 기판(400)에 함유되는 제 1 금속 원소의 확산을 방지할 수 있기 때문에, 트랜지스터(420)에 안정된 전기 특성을 부여할 수 있다.Since it is possible to prevent diffusion of the first metal element contained in the glass substrate 400 which causes deterioration or fluctuation of the electrical characteristics of the transistor 420, it is possible to give the transistor 420 stable electrical characteristics. have.

따라서, 산화물 반도체막(403)을 사용한 안정된 전기 특성을 갖는 트랜지스터(420)를 포함한 신뢰성이 높은 반도체 장치를 제공할 수 있다. 또한, 신뢰성이 높은 반도체 장치를 고수율로 제작하여 고생산성화를 달성할 수 있다.Therefore, a highly reliable semiconductor device including the transistor 420 having stable electrical characteristics using the oxide semiconductor film 403 can be provided. In addition, high productivity can be achieved by manufacturing a highly reliable semiconductor device with high yield.

(실시형태 4)(Fourth Embodiment)

본 실시형태에서는 반도체 장치 및 반도체 장치의 제작 방법의 다른 일 형태를 도 11a 및 도 11b를 사용하여 설명한다. 상술한 실시형태와 동일 부분 또는 같은 기능을 갖는 부분 및 공정은 상술한 실시형태와 마찬가지로 수행할 수 있고, 반복 설명은 생략한다. 또한, 같은 부분의 자세한 설명은 생략한다. 본 실시형태에서는 반도체 장치의 일례로서 산화물 반도체막을 갖는 트랜지스터를 제시한다.In this embodiment, another embodiment of the method of manufacturing the semiconductor device and the semiconductor device will be described with reference to FIGS. 11A and 11B. Portions and processes having the same or the same function as the above-described embodiment can be performed in the same manner as the above-described embodiment, and repeated description is omitted. In addition, detailed description of the same part is abbreviate | omitted. In this embodiment, a transistor having an oxide semiconductor film is presented as an example of a semiconductor device.

트랜지스터는 하나의 채널 형성 영역이 형성되는 싱글 게이트 구조이어도 좋고, 2개의 채널 형성 영역이 형성되는 더블 게이트 구조이어도 좋고, 3개의 채널 형성 영역이 형성되는 트리플 게이트 구조이어도 좋다. 또한, 채널 형성 영역의 상하에 게이트 절연막을 개재하여 배치된 2개의 게이트 전극층을 갖는 듀얼 게이트형이어도 좋다.The transistor may be a single gate structure in which one channel formation region is formed, a double gate structure in which two channel formation regions are formed, or may be a triple gate structure in which three channel formation regions are formed. Alternatively, the dual gate type may be provided having two gate electrode layers disposed above and below the channel formation region via a gate insulating film.

도 11a 및 도 11b에 도시된 트랜지스터(1440)는 하부 게이트 구조의 한가지이며, 역스태거형 트랜지스터라고도 하는 트랜지스터의 일례이다. 도 11a는 평면도이고, 도 11a에 도시된 일점 쇄선 A-B에서 절단한 부분의 단면이 도 11b에 상당한다.The transistor 1440 shown in Figs. 11A and 11B is one of the lower gate structures, and is an example of a transistor also called an inverted staggered transistor. FIG. 11A is a plan view, and a cross section of a portion cut in dashed-dotted line A-B shown in FIG. 11A corresponds to FIG. 11B.

트랜지스터(1440)의 채널 길이 방향의 단면도인 도 11b에 도시된 바와 같이, 트랜지스터(1440)를 포함한 반도체 장치는 유리 기판(400) 위에 보호 절연막(450)이 제공되고, 보호 절연막(450) 위에 게이트 전극층(401), 게이트 절연막(452), 산화물 반도체막(403), 소스 전극층(405a), 드레인 전극층(405b)을 갖는다. 또한, 트랜지스터(1440)를 덮는 절연막(407)이 제공되어 있다.As shown in FIG. 11B, which is a cross-sectional view of the transistor 1440 in the channel length direction, in the semiconductor device including the transistor 1440, a protective insulating film 450 is provided on the glass substrate 400, and a gate is formed on the protective insulating film 450. The electrode layer 401, the gate insulating film 452, the oxide semiconductor film 403, the source electrode layer 405a, and the drain electrode layer 405b are provided. In addition, an insulating film 407 covering the transistor 1440 is provided.

유리 기판(400)과 게이트 전극층(401) 사이에 보호 절연막(450)을 제공함으로써, 게이트 전극층(401)과 게이트 절연막(452) 사이의 계면에 있어서, 유리 기판(400)에 함유되는 제 2 금속 원소의 농도를 5×1018atoms/cm3 이하(바람직하게는 1×1018atoms/cm3 이하)로 한다. 또한, 상기 '유리 기판(400)에 함유되는 제 2 금속 원소'는 게이트 전극층(401) 및 게이트 절연막(452)을 구성하는 주된 원소 이외의 원소이며, 유리 기판(400)으로부터 확산되는 원소를 가리킨다.By providing the protective insulating film 450 between the glass substrate 400 and the gate electrode layer 401, the second metal contained in the glass substrate 400 at the interface between the gate electrode layer 401 and the gate insulating film 452. The concentration of the element is 5 × 10 18 atoms / cm 3 or less (preferably 1 × 10 18 atoms / cm 3 or less). The second metal element contained in the glass substrate 400 is an element other than the main elements constituting the gate electrode layer 401 and the gate insulating film 452, and refers to an element diffused from the glass substrate 400. .

상기 유리 기판(400)에 함유되는 제 2 금속 원소의 농도는 이차 이온 질량 분석법(SIMS)으로 측정된다.The concentration of the second metal element contained in the glass substrate 400 is measured by secondary ion mass spectrometry (SIMS).

유리 기판(400)에 함유되는 제 2 금속 원소로서는 다음과 같은 원소를 예로 들 수 있다. 예를 들어, 유리 기판(400)이 소다 석회 유리인 경우에는 소다 석회 유리의 성분이 산화 실리콘(SiO2), 탄산 나트륨(Na2CO3), 탄산 칼슘(CaCO3)이기 때문에, 금속 원소로서 나트륨이나 칼슘 등의 원소가 대상이 된다. 또한, 유리 기판(400)이 액정 디스플레이 등의 액정 패널에서 사용되는, 소위 무(無)알칼리 유리(소다가 사용되지 않은 유리)라고 불리는 것이라면, 그 성분은 SiO2, Al2O3, B2O3, RO(R은 가수가 2의 금속 원소이며, 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 바륨)이며, 금속 원소로서 알루미늄, 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 바륨이 대상 원소가 된다.Examples of the second metal element contained in the glass substrate 400 include the following elements. For example, since the glass substrate 400, a soda-lime glass, soda-lime-silicon oxide (SiO 2) component of the glass case of, sodium carbonate (Na 2 CO 3), calcium carbonate (CaCO 3), as a metal element Elements such as sodium and calcium are targeted. Further, if called, so-called glass substrate 400 is used in the liquid crystal panel such as a liquid crystal display free (無) alkaline glass (glass soda is not used), the component is SiO 2, Al 2 O 3, B 2 O 3 and RO (R is a metal element having a valence of 2 and magnesium, calcium, strontium and barium), and aluminum, magnesium, calcium, strontium and barium as the metal elements are the target elements.

어쨌든 트랜지스터의 신뢰성(특성의 안정성)을 저하시키지 않기 위해서 저감해야 되는 금속 원소는 나트륨, 알루미늄, 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 바륨이며, 더 나아가서는 유리 기판에 함유되는 다른 원소인 실리콘이나 붕소도 같은 정도의 수준까지 저감시키는 것이 바람직하다.In any case, the metal elements to be reduced in order not to lower the reliability (stability of the characteristics) of the transistors are sodium, aluminum, magnesium, calcium, strontium and barium, and even silicon and boron, which are other elements contained in the glass substrate, are the same. It is desirable to reduce the level to.

보호 절연막(450)에는 질화물 절연막을 사용할 수 있다. 예를 들어, 질화 실리콘막, 질화산화 실리콘막 등을 들 수 있다. 보호 절연막(450)은 단층 구조이든 적층 구조이든 어느 쪽이라도 좋다.A nitride insulating film may be used for the protective insulating film 450. For example, a silicon nitride film, a silicon nitride oxide film, etc. are mentioned. The protective insulating film 450 may be either a single layer structure or a laminated structure.

또한, 유리 기판(400)으로부터 불순물이 확산되는 것을 방지하기 위한 보호 절연막(450)으로서, 티타늄(Ti), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 하프늄(Hf), 탄탈(Ta), 란탄(La), 지르코늄(Zr), 니켈(Ni), 마그네슘(Mg), 바륨(Ba), 및 알루미늄(Al) 중에서 선택되는 임의의 1 종류 이상의 금속 원소를 함유한 금속 산화물 절연막(예를 들어, 산화 알루미늄막, 산화질화 알루미늄막, 산화 하프늄막, 산화 마그네슘막, 산화 지르코늄막, 산화 란탄막, 산화 바륨막), 또는 상술한 금속 원소를 성분으로 하는 금속 질화물 절연막(질화 알루미늄막, 질화산화 알루미늄막)을 사용할 수 있다. 또한, 보호 절연막(450)에는 산화 갈륨막, In-Zr-Zn계 산화물막, In-Fe-Zn계 산화물막, In-Ce-Zn계 산화물막 등도 사용할 수 있다.Further, as a protective insulating film 450 for preventing the diffusion of impurities from the glass substrate 400, titanium (Ti), molybdenum (Mo), tungsten (W), hafnium (Hf), tantalum (Ta), and lanthanum ( Metal oxide insulating films containing any one or more metal elements selected from La), zirconium (Zr), nickel (Ni), magnesium (Mg), barium (Ba), and aluminum (Al) (e.g., oxidation Aluminum film, aluminum oxynitride film, hafnium oxide film, magnesium oxide film, zirconium oxide film, lanthanum oxide film, barium oxide film) or metal nitride insulating film (aluminum nitride film, aluminum nitride oxide film) containing the above-described metal element as a component ) Can be used. In addition, a gallium oxide film, an In—Zr—Zn oxide film, an In—Fe—Zn oxide film, an In—Ce—Zn oxide film, or the like may be used for the protective insulating film 450.

보호 절연막(450)은 금속 질화물 절연막 또는 금속 산화물 절연막 외에 다른 산화물 절연막을 적층하여도 좋다. 예를 들어, 보호 절연막(450)으로서 유리 기판(400) 측으로부터 질화 실리콘막 및 산화질화 실리콘막을 적층하는 구성으로 하여도 좋다.The protective insulating film 450 may be formed by stacking another oxide insulating film in addition to the metal nitride insulating film or the metal oxide insulating film. For example, the protective insulating film 450 may be formed by laminating a silicon nitride film and a silicon oxynitride film from the glass substrate 400 side.

유리 기판(400)과 트랜지스터(1440) 사이에 보호 절연막(450)이 제공되어 있기 때문에, 유리 기판(400)에 함유되는 제 2 금속 원소가 트랜지스터(1440)로 확산되는 것을 방지할 수 있다.Since the protective insulating film 450 is provided between the glass substrate 400 and the transistor 1440, it is possible to prevent the second metal element contained in the glass substrate 400 from diffusing into the transistor 1440.

또한, 보호 절연막(450)에 질화 실리콘막과 같이 치밀한 절연막을 제공하면, 유리 기판(400)에 함유되는 나트륨 등의 가동 이온이 트랜지스터(1440)로 확산되는 것도 방지할 수 있다.In addition, when a dense insulating film such as a silicon nitride film is provided for the protective insulating film 450, it is also possible to prevent diffusion of movable ions such as sodium contained in the glass substrate 400 into the transistor 1440.

트랜지스터(1440)의 전기 특성의 저하나 변동을 초래하는 요인이 되는 유리 기판에 함유되는 제 2 금속 원소의 확산을 방지할 수 있기 때문에, 트랜지스터(1440)에 안정된 전기 특성을 부여할 수 있다.Since the diffusion of the second metal element contained in the glass substrate which causes the deterioration or fluctuation of the electrical characteristics of the transistor 1440 can be prevented, stable electrical characteristics can be given to the transistor 1440.

이들 금속 원소가 게이트 전극층의 주변에 존재하면, 게이트 절연막 또는 게이트 전극층과 게이트 절연막의 계면에 결함이 생성되고, 거기에 전하가 트랩됨으로써, 트랜지스터의 전기적 특성 변동이 초래되는 것으로 생각된다. 예를 들어, 게이트 전극층 주변에 양의 전하가 트랩되면, 트랜지스터의 전기적 특성은 노멀리 온의 방향으로 변동되는 것이 우려된다. 또한, 나트륨과 같은 가동 이온이 게이트 절연막에 함유되면, 게이트 전극층에 양의 바이어스를 인가한 경우에 양의 가동 이온이 게이트 절연막과 산화물 반도체막의 계면으로 이동하게 되기 때문에, 트랜지스터의 전기적 특성은 노멀리 온의 방향으로 변동하는 원인이 된다. 따라서, 트랜지스터의 전기적 특성을 안정화시키기 위해서는 이러한 악영향을 미치는 것으로 생각되는 금속 원소가 유리 기판으로부터 게이트 절연막 측으로 침입하는 것을 방지하는 것이 유효하다.When these metal elements exist in the vicinity of the gate electrode layer, a defect is generated at the interface between the gate insulating film or the gate electrode layer and the gate insulating film, and the charge is trapped therein, which is considered to cause variation in the electrical characteristics of the transistor. For example, if a positive charge is trapped around the gate electrode layer, it is feared that the electrical characteristics of the transistor will change in the direction of normally on. In addition, when movable ions such as sodium are contained in the gate insulating film, the positive movable ions move to the interface between the gate insulating film and the oxide semiconductor film when a positive bias is applied to the gate electrode layer, so that the electrical characteristics of the transistor are normally It causes a fluctuation in the on direction. Therefore, in order to stabilize the electrical characteristics of the transistor, it is effective to prevent metal elements, which are thought to have such adverse effects, from invading from the glass substrate to the gate insulating film side.

따라서, 산화물 반도체막(403)을 사용한 안정된 전기 특성을 갖는 트랜지스터(1440)를 포함한 신뢰성이 높은 반도체 장치를 제공할 수 있다.Therefore, a highly reliable semiconductor device including the transistor 1440 having stable electrical characteristics using the oxide semiconductor film 403 can be provided.

도 12a 내지 도 12e에 트랜지스터(1440)를 갖는 반도체 장치의 제작 방법의 일례를 도시하였다.12A to 12E illustrate an example of a method of manufacturing a semiconductor device having a transistor 1440.

유리 기판(400)으로서 사용될 수 있는 기판에 관해서는 특별한 제한은 없지만, 유리 기판이 적어도 이후에 수행되는 가열 처리에 견딜 수 있는 정도의 내열성을 가질 필요가 있다. 예를 들어, 바륨보로실리케이트 유리, 알루미노보로실리케이트 유리 등을 사용할 수 있다.There is no particular limitation regarding the substrate that can be used as the glass substrate 400, but it is necessary that the glass substrate has at least a heat resistance that can withstand the heat treatment performed later. For example, barium borosilicate glass, aluminoborosilicate glass, etc. can be used.

유리 기판(400)을 덮도록 하지막으로서 보호 절연막(450)을 제공한다(도 12a 참조).A protective insulating film 450 is provided as an underlayer so as to cover the glass substrate 400 (see Fig. 12A).

보호 절연막(450)에는 플라즈마 CVD법 또는 스퍼터링법 등을 이용하여 형성된 질화물 절연막을 사용할 수 있다. 예를 들어, 질화 실리콘막, 질화산화 실리콘막 등을 들 수 있다. 보호 절연막(450)은 단층 구조이든 적층 구조이든 어느 쪽이라도 좋다.The nitride insulating film formed by the plasma CVD method or the sputtering method can be used for the protective insulating film 450. For example, a silicon nitride film, a silicon nitride oxide film, etc. are mentioned. The protective insulating film 450 may be either a single layer structure or a laminated structure.

본 실시형태에서는 보호 절연막(450)으로서 플라즈마 CVD법을 이용하여 형성된 막 두께 100nm의 질화 실리콘막, 및 막 두께 150nm의 산화 실리콘막의 적층을 사용한다.In this embodiment, as the protective insulating film 450, a lamination of a silicon nitride film having a thickness of 100 nm and a silicon oxide film having a thickness of 150 nm is formed using the plasma CVD method.

유리 기판(400), 또는 유리 기판(400) 및 보호 절연막(450)에 가열 처리를 수행하여도 좋다. 예를 들어, 고온 가스를 이용하여 가열 처리하는 GRTA(Gas Rapid Thermal Anneal) 장치에 의해, 650℃로 1분 내지 5분간 가열 처리를 수행하면 좋다. 또한, GRTA에 사용되는 고온 가스에는, 아르곤 등의 희가스, 또는 질소와 같은 가열 처리에 의하여 피처리물과 반응하지 않는 불활성 기체가 사용된다. 또한, 전기로에 의해, 500℃로 30분 내지 1시간 가열 처리를 수행하여도 좋다.The glass substrate 400 or the glass substrate 400 and the protective insulating film 450 may be subjected to heat treatment. For example, the heat treatment may be performed at 650 ° C. for 1 minute to 5 minutes by a GRTA (Gas Rapid Thermal Anneal) apparatus which is heated using a hot gas. As the hot gas used in GRTA, a rare gas such as argon or an inert gas that does not react with the object by heat treatment such as nitrogen is used. Moreover, you may heat-process at 500 degreeC for 30 minutes-1 hour with an electric furnace.

다음에, 보호 절연막(450) 위에 도전막을 형성하고, 상기 도전막을 에칭하여, 게이트 전극층(401)을 형성한다(도 12b 참조). 도전막의 에칭에는 드라이 에칭 및 웨트 에칭 중 어느 쪽을 이용하여도 좋고, 양쪽 모두를 이용하여도 좋다.Next, a conductive film is formed over the protective insulating film 450, and the conductive film is etched to form a gate electrode layer 401 (see FIG. 12B). For etching the conductive film, either dry etching or wet etching may be used, or both may be used.

본 실시형태에서는 상기 도전막으로서 스퍼터링법에 의해 막 두께 100nm의 텅스텐막을 형성한다.In this embodiment, a tungsten film having a thickness of 100 nm is formed by the sputtering method as the conductive film.

유리 기판(400)은 보호 절연막(450)으로 덮여 있기 때문에, 게이트 전극층(401)을 형성하는 에칭 공정을 수행하여도 유리 기판(400)은 노출되지 않는다. 따라서, 유리 기판(400)에 함유되는 제 2 금속 원소가 게이트 전극층(401) 표면에 부착되는 것을 방지할 수 있다.Since the glass substrate 400 is covered with the protective insulating layer 450, the glass substrate 400 is not exposed even when the etching process for forming the gate electrode layer 401 is performed. Therefore, the second metal element contained in the glass substrate 400 can be prevented from adhering to the surface of the gate electrode layer 401.

또한, 게이트 전극층(401)을 형성한 후에 유리 기판(400), 보호 절연막(450), 및 게이트 전극층(401)에 가열 처리를 수행하여도 좋다. 예를 들어, GRTA 장치에 의해, 650℃로 1분 내지 5분간의 가열 처리를 수행하면 좋다. 또한, 전기로에 의해, 500℃로 30분 내지 1시간의 가열 처리를 수행하여도 좋다.After the gate electrode layer 401 is formed, heat treatment may be performed on the glass substrate 400, the protective insulating film 450, and the gate electrode layer 401. For example, the GRTA apparatus may perform heat treatment at 650 ° C. for 1 minute to 5 minutes. Moreover, you may perform heat processing for 30 minutes-1 hour at 500 degreeC by an electric furnace.

다음에, 게이트 전극층(401) 위에 게이트 절연막(452)을 형성한다.Next, a gate insulating film 452 is formed over the gate electrode layer 401.

또한, 게이트 절연막(452)의 피복성을 향상시키기 위해서 게이트 전극층(401) 표면에 평탄화 처리를 수행하여도 좋다. 특히 게이트 절연막(452)으로서 막 두께가 얇은 절연막을 사용하는 경우, 게이트 전극층(401) 표면의 평탄성이 양호한 것이 바람직하다.In addition, in order to improve the covering property of the gate insulating film 452, a planarization treatment may be performed on the surface of the gate electrode layer 401. In particular, when an insulating film having a thin film thickness is used as the gate insulating film 452, it is preferable that the flatness of the surface of the gate electrode layer 401 is good.

게이트 절연막(452)은 막 두께가 1nm 이상 20nm 이하이고, 스퍼터링법, MBE법, CVD법, 펄스 레이저 퇴적법, ALD법 등을 적절히 이용하여 형성할 수 있다. 또한, 스퍼터링 타깃 표면에 대략 수직으로 복수의 기판 표면이 세트된 상태로 막을 형성하는 스퍼터링 장치를 이용하여 게이트 절연막(452)을 형성하여도 좋다.The gate insulating film 452 has a film thickness of 1 nm or more and 20 nm or less, and can be formed using a sputtering method, an MBE method, a CVD method, a pulse laser deposition method, an ALD method, or the like as appropriate. Further, the gate insulating film 452 may be formed using a sputtering apparatus that forms a film in a state where a plurality of substrate surfaces are set substantially perpendicular to the sputtering target surface.

게이트 절연막(452)의 재료로서는, 산화 실리콘막, 산화 갈륨막, 산화 알루미늄막, 질화 실리콘막, 산화질화 실리콘막, 산화질화 알루미늄막, 또는 질화산화 실리콘막을 사용하여 형성할 수 있다.As the material of the gate insulating film 452, a silicon oxide film, a gallium oxide film, an aluminum oxide film, a silicon nitride film, a silicon oxynitride film, an aluminum oxynitride film, or a silicon nitride oxide film can be formed.

또한, 게이트 절연막(452)의 재료로서 산화 하프늄막, 산화 이트륨막, 하프늄실리케이트막(HfSixOy(x>0, y>0)), 질소가 첨가된 하프늄실리케이트막(HfSiOxNy(x>0, y>0)), 하프늄알루미네이트막(HfAlxOy(x>0, y>0)), 산화 란탄막 등의 high-k 재료를 사용함으로써 게이트 누설 전류를 저감시킬 수 있다. 또한, 게이트 절연막(452)은 단층 구조와 적층 구조 중 어느 구조로 하여도 좋다.In addition, as a material of the gate insulating film 452, a hafnium oxide film, an yttrium oxide film, a hafnium silicate film (HfSi x O y (x> 0, y> 0)), and a hafnium silicate film (HfSiO x N y ( gate leakage current can be reduced by using high-k materials such as x> 0, y> 0)), hafnium aluminate films (HfAl x O y (x> 0, y> 0)), and lanthanum oxide films. . In addition, the gate insulating film 452 may have either a single layer structure or a stacked structure.

게이트 절연막(452)은 산화물 반도체막(403)과 접촉하는 부분에 산소를 함유하는 것이 바람직하다. 특히, 게이트 절연막(452)은 막 내(벌크 중)에 적어도 화학양론적 조성을 초과하는 양의 산소가 존재하는 것이 바람직하고, 예를 들어 게이트 절연막(452)으로서 산화 실리콘막을 사용하는 경우에는, SiO2 +α(다만, α>0)로 한다.The gate insulating film 452 preferably contains oxygen in a portion in contact with the oxide semiconductor film 403. In particular, the gate insulating film 452 preferably contains oxygen in an amount exceeding at least the stoichiometric composition in the film (in bulk). For example, in the case of using a silicon oxide film as the gate insulating film 452, SiO is used. 2 + α (but α> 0).

산소의 공급원이 되는 산소를 많이(과잉으로) 함유한 게이트 절연막(452)을 산화물 반도체막(403)과 접촉하여 형성함으로써, 상기 게이트 절연막(452)으로부터 산화물 반도체막(403)으로 산소를 공급할 수 있다. 산화물 반도체막(403) 및 게이트 절연막(452)의 적어도 일부가 접촉한 상태에서 가열 처리함으로써, 산화물 반도체막(403)에 산소를 공급하여도 좋다.By forming the gate insulating film 452 containing a large amount (excess) of oxygen as a source of oxygen in contact with the oxide semiconductor film 403, oxygen can be supplied from the gate insulating film 452 to the oxide semiconductor film 403. have. Oxygen may be supplied to the oxide semiconductor film 403 by heat treatment while at least a portion of the oxide semiconductor film 403 and the gate insulating film 452 are in contact with each other.

산화물 반도체막(403)에 산소를 공급함으로써, 막 내의 산소 결손을 보전할 수 있다. 또한, 제작하는 트랜지스터의 크기나 게이트 절연막(452)의 단차 피복성을 고려하여 게이트 절연막(452)을 형성하는 것이 바람직하다.By supplying oxygen to the oxide semiconductor film 403, oxygen vacancies in the film can be preserved. In addition, the gate insulating film 452 is preferably formed in consideration of the size of the transistor to be manufactured and the step coverage of the gate insulating film 452.

본 실시형태에서는 고밀도 플라즈마 CVD법을 이용하여 막 두께 200nm의 산화질화 실리콘막을 형성한다.In this embodiment, a silicon oxynitride film having a thickness of 200 nm is formed by using a high density plasma CVD method.

또한, 게이트 절연막(452)을 형성한 후에 유리 기판(400), 게이트 전극층(401), 및 게이트 절연막(452)에 가열 처리를 수행하여도 좋다. 예를 들어, GRTA 장치에 의해, 650℃로 1분 내지 5분간의 가열 처리를 수행하면 좋다. 또한, 전기로에 의해, 500℃로 30분 내지 1시간의 가열 처리를 수행하여도 좋다.After the gate insulating film 452 is formed, heat treatment may be performed on the glass substrate 400, the gate electrode layer 401, and the gate insulating film 452. For example, the GRTA apparatus may perform heat treatment at 650 ° C. for 1 minute to 5 minutes. Moreover, you may perform heat processing for 30 minutes-1 hour at 500 degreeC by an electric furnace.

다음에, 게이트 절연막(452) 위에 산화물 반도체막(403)을 형성한다(도 12c 참조).Next, an oxide semiconductor film 403 is formed over the gate insulating film 452 (see Fig. 12C).

게이트 절연막(452) 중 산화물 반도체막(403)이 접촉하여 형성되는 영역에 평탄화 처리를 수행하여도 좋다. 평탄화 처리로서는 특별히 한정되지 않지만, 연마 처리(예를 들어, 화학적 기계 연마법(Chemical Mechanical Polishing: CMP)), 드라이 에칭 처리, 플라즈마 처리를 이용할 수 있다.The planarization process may be performed on the area | region formed by the oxide semiconductor film 403 in contact with the gate insulating film 452. FIG. Although it does not specifically limit as a planarization process, Polishing process (for example, chemical mechanical polishing (CMP)), dry etching process, and plasma process can be used.

평탄화 처리로서, 복수회의 연마 처리, 드라이 에칭 처리, 플라즈마 처리를 수행하여도 좋고, 이들을 조합하여 수행하여도 좋다. 또한, 처리를 조합하여 수행하는 경우에는 공정 순서도 특별히 한정되지 않으며, 게이트 절연막(452) 표면의 요철 상태에 맞추어 적절히 설정하면 좋다.As the planarization treatment, a plurality of polishing treatments, dry etching treatments, and plasma treatments may be performed, or a combination thereof may be performed. In addition, when performing a combination of processes, the process order is not specifically limited, either, According to the uneven | corrugated state of the surface of the gate insulating film 452, it can set suitably.

또한, 본 실시형태에 있어서, 산화물 반도체막(403)으로서 AC 전원 장치를 갖는 스퍼터링 장치를 이용한 스퍼터링법에 의해, 막 두께 35nm의 In-Ga-Zn계 산화물막(IGZO막)을 형성한다. 본 실시형태에 있어서, 원자수비가 In: Ga: Zn=1:1:1(=1/3: 1/3: 1/3)인 In-Ga-Zn계 산화물 타깃을 사용한다. 또한, 성막 조건은 산소 및 아르곤 분위기하(산소 유량 비율 50%), 압력 0.6Pa, 전원 전력 5kW, 기판 온도 170℃로 한다. 이 성막 조건하에서의 성막 속도는 16nm/min이다.In this embodiment, an In—Ga—Zn based oxide film (IGZO film) having a thickness of 35 nm is formed by the sputtering method using a sputtering apparatus having an AC power supply device as the oxide semiconductor film 403. In the present embodiment, an In—Ga—Zn-based oxide target having an atomic ratio of In: Ga: Zn = 1: 1: 1 (= 1/3: 1/3: 1/3) is used. In addition, film-forming conditions are made into oxygen and argon atmosphere (oxygen flow rate ratio 50%), a pressure of 0.6 Pa, a power supply of 5 kW, and a substrate temperature of 170 ° C. The film formation rate under these film formation conditions is 16 nm / min.

또한, 게이트 절연막(452)을 대기에 노출시키지 않고 게이트 절연막(452)과 산화물 반도체막(403)을 연속적으로 형성하는 것이 바람직하다. 게이트 절연막(452)을 대기에 노출시키지 않고 게이트 절연막(452)과 산화물 반도체막(403)을 연속적으로 형성하면, 게이트 절연막(452) 표면에 수소나 수분 등의 불순물이 흡착되는 것을 방지할 수 있다.In addition, the gate insulating film 452 and the oxide semiconductor film 403 are preferably formed continuously without exposing the gate insulating film 452 to the atmosphere. By continuously forming the gate insulating film 452 and the oxide semiconductor film 403 without exposing the gate insulating film 452 to the atmosphere, it is possible to prevent impurities such as hydrogen and moisture from adsorbing onto the surface of the gate insulating film 452. .

산화물 반도체막(403)은 막 형상의 산화물 반도체막을 포토리소그래피 공정에 의하여 섬 형상의 산화물 반도체막으로 가공하여 형성할 수 있다.The oxide semiconductor film 403 can be formed by processing a film-shaped oxide semiconductor film into an island-shaped oxide semiconductor film by a photolithography process.

또한, 산화물 반도체막(403)에 과잉으로 함유된 수소(물이나 수산기를 포함함)를 제거(탈수화 또는 탈수소화)하기 위한 가열 처리를 수행하여도 좋다.Further, a heat treatment for removing (dehydrating or dehydrogenating) hydrogen (including water and hydroxyl groups) contained in the oxide semiconductor film 403 in excess may be performed.

본 실시형태에서는, 가열 처리 장치의 하나인 전기로에 기판을 도입하고, 산화물 반도체막(403)에 대하여 질소 분위기하에서 450℃로 1시간의 가열 처리, 및 질소 및 산소 분위기하에서 450℃로 1시간의 가열 처리를 수행한다.In this embodiment, a substrate is introduced into an electric furnace which is one of the heat treatment apparatuses, and the oxide semiconductor film 403 is subjected to heat treatment for 1 hour at 450 ° C. under nitrogen atmosphere and 450 ° C. under nitrogen and oxygen atmosphere for 1 hour. Heat treatment is carried out.

다음에, 게이트 전극층(401), 게이트 절연막(452), 및 산화물 반도체막(403) 위에 소스 전극층 및 드레인 전극층(이것과 동일한 층으로 형성되는 배선을 포함함)이 되는 도전막을 형성한다.Next, a conductive film is formed on the gate electrode layer 401, the gate insulating film 452, and the oxide semiconductor film 403 to form a source electrode layer and a drain electrode layer (including wiring formed of the same layer as this).

포토리소그래피 공정에 의해 도전막 위에 레지스트 마스크를 형성하고, 선택적으로 에칭을 수행하여 소스 전극층(405a), 드레인 전극층(405b)을 형성한다(도 12d 참조). 소스 전극층(405a), 드레인 전극층(405b)을 형성한 후, 레지스트 마스크를 제거한다.A resist mask is formed on the conductive film by a photolithography process, and is selectively etched to form the source electrode layer 405a and the drain electrode layer 405b (see FIG. 12D). After the source electrode layer 405a and the drain electrode layer 405b are formed, the resist mask is removed.

본 실시형태에서는 도전막으로서 스퍼터링법에 의해 형성한 막 두께 100nm의 티타늄막, 막 두께 400nm의 알루미늄막, 막 두께 100nm의 티타늄막의 적층을 사용한다. 도전막의 에칭으로서는 드라이 에칭법에 의해 티타늄막, 알루미늄막, 티타늄막의 적층을 에칭하여, 소스 전극층(405a), 드레인 전극층(405b)을 형성한다.In the present embodiment, a laminate of a titanium film with a thickness of 100 nm, an aluminum film with a thickness of 400 nm, and a titanium film with a thickness of 100 nm formed by the sputtering method is used as the conductive film. As the etching of the conductive film, a stack of a titanium film, an aluminum film, and a titanium film is etched by a dry etching method to form a source electrode layer 405a and a drain electrode layer 405b.

본 실시형태에서는 제 1 에칭 조건으로 티타늄막과 알루미늄막의 2층을 에칭한 후, 제 2 에칭 조건으로 나머지의 티타늄막 단층을 제거한다. 또한, 제 1 에칭 조건은 에칭 가스(BCl3: Cl2=750sccm:150sccm)를 사용하고, 바이어스 전력을 1500W, ICP 전원 전력을 0W, 압력을 2.0Pa로 한다. 제 2 에칭 조건은 에칭 가스(BCl3: Cl2=700sccm:100sccm)를 사용하고, 바이어스 전력을 750W, ICP 전원 전력을 0W, 압력을 2.0Pa로 한다.In the present embodiment, two layers of the titanium film and the aluminum film are etched under the first etching condition, and then the remaining titanium film single layer is removed under the second etching condition. Furthermore, the first etching conditions, the etching gas and the (BCl 3: 150sccm: Cl 2 = 750sccm) to use, the bias power 1500W, ICP 0W power Power, pressure was 2.0Pa. As the second etching condition, an etching gas (BCl 3 : Cl 2 = 700 sccm: 100 sccm) is used, the bias power is 750 W, the ICP power supply power is 0 W, and the pressure is 2.0 Pa.

상술한 공정을 거쳐 본 실시형태의 트랜지스터(1440)가 제작된다.Through the above-described process, the transistor 1440 of this embodiment is manufactured.

본 실시형태에서는 소스 전극층(405a), 드레인 전극층(405b) 위에 산화물 반도체막(403)과 접촉하는 절연막(407)을 형성한다(도 12e 참조).In this embodiment, an insulating film 407 in contact with the oxide semiconductor film 403 is formed on the source electrode layer 405a and the drain electrode layer 405b (see FIG. 12E).

본 실시형태에서는, 절연막(407)으로서 막 두께 300nm의 산화 실리콘막을 스퍼터링법을 이용하여 형성한다.In this embodiment, a silicon oxide film having a thickness of 300 nm is formed as the insulating film 407 by the sputtering method.

다음에 산화물 반도체막(403)에, 일부(채널 형성 영역)가 절연막(407)과 접촉한 상태로 가열 공정을 수행한다.Next, a heating process is performed on the oxide semiconductor film 403 with a part (channel formation region) in contact with the insulating film 407.

이 가열 공정은 탈수화 또는 탈수소화 처리를 수행하는 가열 공정과 마찬가지의 가열 방법 및 가열 장치를 이용할 수 있다.This heating process can use the heating method and heating apparatus similar to the heating process which performs a dehydration or a dehydrogenation process.

또한, 산화물 반도체막(403)과 산소를 함유한 절연막(407)을 접촉한 상태에서 가열 공정을 수행하기 때문에, 불순물의 배제 공정에 의해 동시에 감소하게 되는 산화물 반도체막(403)을 구성하는 주성분 재료의 하나인 산소를, 산소를 함유한 절연막(407)으로부터 산화물 반도체막(403)으로 공급할 수 있다.In addition, since the heating step is performed while the oxide semiconductor film 403 and the insulating film 407 containing oxygen are in contact with each other, the main component material constituting the oxide semiconductor film 403 simultaneously reduced by the removal of impurities. Oxygen, which is one of them, can be supplied from the insulating film 407 containing oxygen to the oxide semiconductor film 403.

또한, 절연막(407) 위에 치밀성이 높은 무기 절연막을 추가적으로 제공하여도 좋다. 예를 들어, 절연막(407) 위에 스퍼터링법에 의해 산화 알루미늄막을 형성한다.In addition, a highly dense inorganic insulating film may be further provided over the insulating film 407. For example, an aluminum oxide film is formed on the insulating film 407 by sputtering.

또한, 트랜지스터(1440)에 기인한 표면 요철을 저감하기 위해서 평탄화 절연막을 형성하여도 좋다.In addition, a planarization insulating film may be formed in order to reduce surface irregularities caused by the transistor 1440.

예를 들어, 평탄화 절연막으로서 막 두께 1500nm의 아크릴 수지막을 형성하면 좋다. 아크릴 수지막은 도포법을 이용하여 트랜지스터(1440) 위에 아크릴 수지를 도포한 후, 소성(예를 들어, 질소 분위기하에서 250℃로 1시간)하여 형성할 수 있다.For example, an acrylic resin film having a thickness of 1500 nm may be formed as the planarization insulating film. The acrylic resin film may be formed by coating an acrylic resin on the transistor 1440 using a coating method and then firing (for example, 1 hour at 250 ° C. under a nitrogen atmosphere).

평탄화 절연막을 형성한 후, 가열 처리를 수행하여도 좋다. 예를 들어, 질소 분위기하에서 250℃로 1시간의 가열 처리를 수행한다.After the planarization insulating film is formed, heat treatment may be performed. For example, heat treatment is performed at 250 ° C. for 1 hour under a nitrogen atmosphere.

이와 같이 트랜지스터(1440)를 형성한 후, 가열 처리를 수행하여도 좋다. 또한, 가열 처리는 복수회 수행하여도 좋다.After the transistor 1440 is formed in this manner, a heat treatment may be performed. In addition, you may perform heat processing in multiple times.

유리 기판(400)과 트랜지스터(1440) 사이에 보호 절연막(450)이 제공되어 있기 때문에, 유리 기판(400)에 함유되는 제 2 금속 원소가 트랜지스터(1440)로 확산되는 것을 방지할 수 있다.Since the protective insulating film 450 is provided between the glass substrate 400 and the transistor 1440, it is possible to prevent the second metal element contained in the glass substrate 400 from diffusing into the transistor 1440.

트랜지스터(1440)의 전기 특성의 저하나 변동을 초래하는 요인이 되는 유리 기판(400)에 함유되는 제 2 금속 원소의 확산을 방지할 수 있기 때문에, 트랜지스터(1440)에 안정된 전기 특성을 부여할 수 있다.Since the diffusion of the second metal element contained in the glass substrate 400 which causes the deterioration or fluctuation of the electrical characteristics of the transistor 1440 can be prevented, it is possible to give the transistor 1440 stable electrical characteristics. have.

따라서, 산화물 반도체막(403)을 사용한 안정된 전기 특성을 갖는 트랜지스터(1440)를 포함한 신뢰성이 높은 반도체 장치를 제공할 수 있다. 또한, 신뢰성이 높은 반도체 장치를 고수율로 제작하여 고생산성화를 달성할 수 있다.Therefore, a highly reliable semiconductor device including the transistor 1440 having stable electrical characteristics using the oxide semiconductor film 403 can be provided. In addition, high productivity can be achieved by manufacturing a highly reliable semiconductor device with high yield.

(실시형태 5)(Embodiment 5)

본 실시형태에서는 반도체 장치 및 반도체 장치의 제작 방법의 다른 일 형태를 도 13a 및 도 13b를 사용하여 설명한다. 상술한 실시형태와 동일 부분 또는 같은 기능을 갖는 부분 및 공정은 상술한 실시형태와 마찬가지로 수행할 수 있고, 반복 설명은 생략한다. 또한, 같은 개소의 자세한 설명은 생략한다.In this embodiment, another embodiment of the semiconductor device and the manufacturing method of the semiconductor device will be described with reference to FIGS. 13A and 13B. Portions and processes having the same or the same function as the above-described embodiment can be performed in the same manner as the above-described embodiment, and repeated description is omitted. In addition, detailed description of the same location is abbreviate | omitted.

도 13a 및 도 13b에 도시된 트랜지스터(1430)는 채널 보호형(채널 스톱형이라고도 함)이라고 불리는 하부 게이트 구조의 한가지이며, 역스태거형 트랜지스터라고도 하는 트랜지스터의 일례이다. 도 13a는 평면도이고, 도 13a에 도시된 일점 쇄선 C1-D1에서 절단한 부분의 단면이 도 13b에 상당한다.The transistor 1430 shown in Figs. 13A and 13B is one of a lower gate structure called a channel protection type (also called a channel stop type) and is an example of a transistor also called an inverted staggered transistor. FIG. 13A is a plan view, and a cross section of a portion cut at dashed-dotted line C1-D1 shown in FIG. 13A corresponds to FIG. 13B.

트랜지스터(1430)의 채널 길이 방향의 단면도인 도 13b에 도시된 바와 같이, 트랜지스터(1430)를 포함한 반도체 장치는 보호 절연막(450)이 제공된 유리 기판(400) 위에 게이트 전극층(401), 게이트 절연막(452), 산화물 반도체막(403), 절연층(413), 소스 전극층(405a), 드레인 전극층(405b)을 갖는다. 또한, 절연층(413)은 산화물 반도체막(403)에 접촉한다.As shown in FIG. 13B, which is a cross-sectional view of the transistor 1430 in the channel length direction, the semiconductor device including the transistor 1430 includes a gate electrode layer 401 and a gate insulating film on a glass substrate 400 provided with a protective insulating film 450. 452, an oxide semiconductor film 403, an insulating layer 413, a source electrode layer 405a, and a drain electrode layer 405b. The insulating layer 413 is in contact with the oxide semiconductor film 403.

유리 기판(400)과 게이트 전극층(401) 사이에 보호 절연막(450)을 제공함으로써, 게이트 전극층(401)과 게이트 절연막(452) 사이의 계면에 있어서, 유리 기판(400)에 함유되는 제 2 금속 원소의 농도를 5×1018atoms/cm3 이하(바람직하게는 1×1018atoms/cm3 이하)로 한다.By providing the protective insulating film 450 between the glass substrate 400 and the gate electrode layer 401, the second metal contained in the glass substrate 400 at the interface between the gate electrode layer 401 and the gate insulating film 452. The concentration of the element is 5 × 10 18 atoms / cm 3 or less (preferably 1 × 10 18 atoms / cm 3 or less).

보호 절연막(450)에는 질화물 절연막을 사용할 수 있다. 예를 들어, 질화 실리콘막, 질화산화 실리콘막 등을 들 수 있다. 보호 절연막(450)은 단층 구조이든 적층 구조이든 어느 쪽이라도 좋다.A nitride insulating film may be used for the protective insulating film 450. For example, a silicon nitride film, a silicon nitride oxide film, etc. are mentioned. The protective insulating film 450 may be either a single layer structure or a laminated structure.

또한, 유리 기판(400)으로부터 불순물이 확산되는 것을 방지하기 위한 보호 절연막(450)으로서, 티타늄(Ti), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 하프늄(Hf), 탄탈(Ta), 란탄(La), 지르코늄(Zr), 니켈(Ni), 마그네슘(Mg), 바륨(Ba), 및 알루미늄(Al) 중에서 선택되는 임의의 1 종류 이상의 금속 원소를 함유한 금속 산화물 절연막(예를 들어, 산화 알루미늄막, 산화질화 알루미늄막, 산화 하프늄막, 산화 마그네슘막, 산화 지르코늄막, 산화 란탄막, 산화 바륨막), 또는 상술한 금속 원소를 성분으로 하는 금속 질화물 절연막(질화 알루미늄막, 질화산화 알루미늄막)을 사용할 수 있다. 또한, 보호 절연막(450)에는 산화 갈륨막, In-Zr-Zn계 산화물막, In-Fe-Zn계 산화물막, In-Ce-Zn계 산화물막 등도 사용할 수 있다.Further, as a protective insulating film 450 for preventing the diffusion of impurities from the glass substrate 400, titanium (Ti), molybdenum (Mo), tungsten (W), hafnium (Hf), tantalum (Ta), and lanthanum ( Metal oxide insulating films containing any one or more metal elements selected from La), zirconium (Zr), nickel (Ni), magnesium (Mg), barium (Ba), and aluminum (Al) (e.g., oxidation Aluminum film, aluminum oxynitride film, hafnium oxide film, magnesium oxide film, zirconium oxide film, lanthanum oxide film, barium oxide film) or metal nitride insulating film (aluminum nitride film, aluminum nitride oxide film) containing the above-described metal element as a component ) Can be used. In addition, a gallium oxide film, an In—Zr—Zn oxide film, an In—Fe—Zn oxide film, an In—Ce—Zn oxide film, or the like may be used for the protective insulating film 450.

보호 절연막(450)은 금속 질화물 절연막 또는 금속 산화물 절연막 외에 다른 산화물 절연막을 적층하여도 좋다. 예를 들어, 보호 절연막(450)으로서 유리 기판(400) 측으로부터 질화 실리콘막 및 산화질화 실리콘막을 적층하는 구성으로 하여도 좋다.The protective insulating film 450 may be formed by stacking another oxide insulating film in addition to the metal nitride insulating film or the metal oxide insulating film. For example, the protective insulating film 450 may be formed by laminating a silicon nitride film and a silicon oxynitride film from the glass substrate 400 side.

트랜지스터(1430)의 신뢰성(특성의 안정성)을 저하시키지 않기 위해서 저감해야 되는 금속 원소는 나트륨, 알루미늄, 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 바륨이며, 더 나아가서는 유리 기판(400)에 함유되는 다른 원소인 실리콘이나 붕소도 같은 정도의 수준까지 저감시키는 것이 바람직하다.In order to reduce the reliability (stability of characteristics) of the transistor 1430, the metal elements to be reduced are sodium, aluminum, magnesium, calcium, strontium, and barium, and further, silicon, which is another element contained in the glass substrate 400. It is preferable to reduce boron and boron to the same level.

산화물 반도체막(403)에 접촉하는 절연층(413)은 게이트 전극층(401)과 중첩되는 산화물 반도체막(403)의 채널 형성 영역 위에 제공되어 있고, 채널 보호막으로서 기능한다.The insulating layer 413 in contact with the oxide semiconductor film 403 is provided over the channel formation region of the oxide semiconductor film 403 overlapping with the gate electrode layer 401 and functions as a channel protective film.

이하에서, 트랜지스터(1430)를 갖는 반도체 장치의 제작 방법의 일례를 제시한다.Below, an example of the manufacturing method of the semiconductor device which has the transistor 1430 is shown.

절연 표면을 갖는 유리 기판(400) 위에 보호 절연막(450)을 형성한다. 본 실시형태에서는 보호 절연막(450)으로서 플라즈마 CVD법을 이용하여 형성된 막 두께 100nm의 질화 실리콘막, 및 막 두께 150nm의 산화 실리콘막의 적층을 사용한다.The protective insulating film 450 is formed on the glass substrate 400 having the insulating surface. In this embodiment, as the protective insulating film 450, a lamination of a silicon nitride film having a thickness of 100 nm and a silicon oxide film having a thickness of 150 nm is formed using the plasma CVD method.

보호 절연막(450) 위에 도전막을 형성하고, 상기 도전막을 에칭하여 게이트 전극층(401)을 형성한다. 본 실시형태에서는 스퍼터링법에 의해 막 두께 100nm의 텅스텐막을 형성한다.A conductive film is formed on the protective insulating film 450, and the gate electrode layer 401 is formed by etching the conductive film. In this embodiment, a tungsten film having a thickness of 100 nm is formed by the sputtering method.

게이트 전극층(401) 위에 게이트 절연막(452)을 형성한다. 본 실시형태에서는 고밀도 플라즈마 CVD법을 이용하여 막 두께 200nm의 산화질화 실리콘막을 형성한다.A gate insulating film 452 is formed on the gate electrode layer 401. In this embodiment, a silicon oxynitride film having a thickness of 200 nm is formed by using a high density plasma CVD method.

게이트 절연막(452) 위에 산화물 반도체막(403)을 형성한다. 본 실시형태에 있어서, 산화물 반도체막(403)으로서 AC 전원 장치를 갖는 스퍼터링 장치를 이용한 스퍼터링법에 의해, 막 두께 35nm의 In-Ga-Zn계 산화물막(IGZO막)을 형성한다. 본 실시형태에 있어서, 원자수비가 In: Ga: Zn=1:1:1(=1/3: 1/3: 1/3)인 In-Ga-Zn계 산화물 타깃을 사용한다. 또한, 성막 조건은 산소 및 아르곤 분위기하(산소 유량 비율 50%), 압력 0.6Pa, 전원 전력 5kW, 기판 온도 170℃로 한다. 이 성막 조건하에서의 성막 속도는 16nm/min이다.An oxide semiconductor film 403 is formed over the gate insulating film 452. In this embodiment, an In—Ga—Zn based oxide film (IGZO film) having a thickness of 35 nm is formed by a sputtering method using a sputtering device having an AC power supply device as the oxide semiconductor film 403. In the present embodiment, an In—Ga—Zn-based oxide target having an atomic ratio of In: Ga: Zn = 1: 1: 1 (= 1/3: 1/3: 1/3) is used. In addition, film-forming conditions are made into oxygen and argon atmosphere (oxygen flow rate ratio 50%), a pressure of 0.6 Pa, a power supply of 5 kW, and a substrate temperature of 170 ° C. The film formation rate under these film formation conditions is 16 nm / min.

산화물 반도체막(403)에 과잉으로 함유된 수소(물이나 수산기를 포함함)를 제거(탈수화 또는 탈수소화)하기 위한 가열 처리를 수행하여도 좋다. 본 실시형태에서는, 가열 처리 장치의 하나인 전기로에 기판을 도입하고, 산화물 반도체막(403)에 대하여 질소 분위기하에서 450℃로 1시간의 가열 처리, 및 질소 및 산소 분위기하에서 450℃로 1시간의 가열 처리를 수행한다.The heat treatment for removing (dehydrating or dehydrogenating) hydrogen (including water and hydroxyl groups) contained in the oxide semiconductor film 403 in excess may be performed. In this embodiment, a substrate is introduced into an electric furnace which is one of the heat treatment apparatuses, and the oxide semiconductor film 403 is subjected to heat treatment for 1 hour at 450 ° C. under nitrogen atmosphere and 450 ° C. under nitrogen and oxygen atmosphere for 1 hour. Heat treatment is carried out.

다음에 게이트 전극층(401)과 중첩되는 산화물 반도체막(403)의 채널 형성 영역 위에 절연층(413)을 형성한다.Next, an insulating layer 413 is formed over the channel formation region of the oxide semiconductor film 403 overlapping with the gate electrode layer 401.

본 실시형태에서는 절연층(413)으로서 스퍼터링법에 의해, 막 두께 200nm의 산화 실리콘막을 형성한다. 산화 실리콘막을 선택적으로 에칭하여, 단면 형상이 사다리꼴형 또는 삼각형이며, 단면 형상의 하단부의 테이퍼 각이 60° 이하, 바람직하게는 45° 이하, 더 바람직하게는 30° 이하인 절연층(413)을 형성한다. 또한, 절연층(413)의 평면 형상은 직사각형이다. 또한, 본 실시형태에서는 포토리소그래피 공정에 의해, 산화 실리콘막 위에 레지스트 마스크를 형성하고, 선택적으로 에칭을 수행하여, 절연층(413)의 하단부의 테이퍼각을 약 30°로 한다.In this embodiment, a silicon oxide film having a thickness of 200 nm is formed by the sputtering method as the insulating layer 413. The silicon oxide film is selectively etched to form an insulating layer 413 whose cross-sectional shape is trapezoidal or triangular, and the taper angle of the lower end of the cross-sectional shape is 60 ° or less, preferably 45 ° or less, more preferably 30 ° or less. do. In addition, the planar shape of the insulating layer 413 is rectangular. In this embodiment, a resist mask is formed on the silicon oxide film by a photolithography step, and selectively etched to make the taper angle of the lower end of the insulating layer 413 approximately 30 degrees.

절연층(413)을 형성한 후, 가열 처리를 수행하여도 좋다. 본 실시형태에서는 질소 분위기하에서 300℃로 1시간의 가열 처리를 수행한다.After the insulating layer 413 is formed, heat treatment may be performed. In this embodiment, heat processing is performed at 300 degreeC for 1 hour in nitrogen atmosphere.

다음에, 게이트 전극층(401), 게이트 절연막(452), 산화물 반도체막(403), 및 절연층(413) 위에 소스 전극층 및 드레인 전극층이 되는 도전막을 형성한다.Next, a conductive film serving as a source electrode layer and a drain electrode layer is formed over the gate electrode layer 401, the gate insulating film 452, the oxide semiconductor film 403, and the insulating layer 413.

본 실시형태에서는 도전막으로서 스퍼터링법에 의해 형성한 막 두께 100nm의 티타늄막, 막 두께 400nm의 알루미늄막, 막 두께 100nm의 티타늄막의 적층을 사용한다. 도전막의 에칭으로서는 드라이 에칭법에 의해 티타늄막, 알루미늄막, 티타늄막의 적층을 에칭하여, 소스 전극층(405a), 드레인 전극층(405b)을 형성한다.In the present embodiment, a laminate of a titanium film with a thickness of 100 nm, an aluminum film with a thickness of 400 nm, and a titanium film with a thickness of 100 nm formed by the sputtering method is used as the conductive film. As the etching of the conductive film, a stack of a titanium film, an aluminum film, and a titanium film is etched by a dry etching method to form a source electrode layer 405a and a drain electrode layer 405b.

본 실시형태에서는 제 1 에칭 조건으로 티타늄막과 알루미늄막의 2층을 에칭한 후, 제 2 에칭 조건으로 나머지의 티타늄막 단층을 제거한다. 또한, 제 1 에칭 조건은 에칭 가스(BCl3: Cl2=750sccm:150sccm)를 사용하고, 바이어스 전력을 1500W, ICP 전원 전력을 0W, 압력을 2.0Pa로 한다. 제 2 에칭 조건은 에칭 가스(BCl3: Cl2=700sccm:100sccm)를 사용하고, 바이어스 전력을 750W, ICP 전원 전력을 0W, 압력을 2.0Pa로 한다.In the present embodiment, two layers of the titanium film and the aluminum film are etched under the first etching condition, and then the remaining titanium film single layer is removed under the second etching condition. Furthermore, the first etching conditions, the etching gas and the (BCl 3: 150sccm: Cl 2 = 750sccm) to use, the bias power 1500W, ICP 0W power Power, pressure was 2.0Pa. As the second etching condition, an etching gas (BCl 3 : Cl 2 = 700 sccm: 100 sccm) is used, the bias power is 750 W, the ICP power supply power is 0 W, and the pressure is 2.0 Pa.

상술한 공정을 거쳐, 본 실시형태의 트랜지스터(1430)가 제작된다.Through the above process, the transistor 1430 of this embodiment is manufactured.

소스 전극층(405a), 드레인 전극층(405b) 위에 절연막을 형성하여도 좋다.An insulating film may be formed on the source electrode layer 405a and the drain electrode layer 405b.

절연막은 절연층(413)과 같은 재료 및 방법을 이용하여 형성할 수 있다. 예를 들어, CVD법에 의해 막 두께 400nm의 산화질화 실리콘막을 형성한다. 또한, 절연막을 형성한 후에 가열 처리를 수행하여도 좋다. 예를 들어, 질소 분위기하에서 300℃로 1시간의 가열 처리를 수행한다.The insulating film can be formed using the same material and method as the insulating layer 413. For example, a silicon oxynitride film having a thickness of 400 nm is formed by CVD. In addition, heat treatment may be performed after the insulating film is formed. For example, heat treatment is performed at 300 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere.

또한, 트랜지스터(1430)에 기인한 표면 요철을 저감하기 위해서 평탄화 절연막을 형성하여도 좋다.In addition, a planarization insulating film may be formed to reduce surface irregularities caused by the transistor 1430.

예를 들어, 절연막 위에 평탄화 절연막으로서 막 두께 1500nm의 아크릴 수지막을 형성하면 좋다. 아크릴 수지막은 도포법을 이용하여 트랜지스터(1430) 위에 아크릴 수지를 도포한 후, 소성(예를 들어, 질소 분위기하에서 250℃로 1시간)하여 형성할 수 있다.For example, an acrylic resin film having a thickness of 1500 nm may be formed as a planarization insulating film on the insulating film. The acrylic resin film may be formed by coating an acrylic resin on the transistor 1430 by using a coating method, followed by baking (for example, at 250 ° C. under a nitrogen atmosphere for 1 hour).

평탄화 절연막을 형성한 후, 가열 처리를 수행하여도 좋다. 예를 들어, 질소 분위기하에서 250℃로 1시간의 가열 처리를 수행한다.After the planarization insulating film is formed, heat treatment may be performed. For example, heat treatment is performed at 250 ° C. for 1 hour under a nitrogen atmosphere.

상술한 바와 같이, 유리 기판(400)과 트랜지스터(1430) 사이에 보호 절연막(450)이 제공되어 있기 때문에, 유리 기판(400)에 함유되는 제 2 금속 원소가 트랜지스터(1430)로 확산되는 것을 방지할 수 있다.As described above, since the protective insulating film 450 is provided between the glass substrate 400 and the transistor 1430, the second metal element contained in the glass substrate 400 is prevented from diffusing into the transistor 1430. can do.

트랜지스터(1430)의 전기 특성의 저하나 변동을 초래하는 요인이 되는 유리 기판에 함유되는 제 2 금속 원소의 확산을 방지할 수 있기 때문에, 트랜지스터(1430)에 안정된 전기 특성을 부여할 수 있다.Since it is possible to prevent the diffusion of the second metal element contained in the glass substrate which causes the deterioration or fluctuation of the electrical characteristics of the transistor 1430, it is possible to give the transistor 1430 stable electrical characteristics.

따라서, 산화물 반도체막(403)을 사용한 안정된 전기 특성을 갖는 트랜지스터(1430)를 포함한 신뢰성이 높은 반도체 장치를 제공할 수 있다. 또한, 신뢰성이 높은 반도체 장치를 고수율로 제작하여 고생산성화를 달성할 수 있다.Therefore, a highly reliable semiconductor device including the transistor 1430 having stable electrical characteristics using the oxide semiconductor film 403 can be provided. In addition, high productivity can be achieved by manufacturing a highly reliable semiconductor device with high yield.

(실시형태 6)(Embodiment 6)

본 실시형태에서는 반도체 장치 및 반도체 장치의 제작 방법의 다른 일 형태를 도 14a 및 도 14b를 사용하여 설명한다. 상술한 실시형태와 동일 부분 또는 같은 기능을 갖는 부분 및 공정은 상술한 실시형태와 마찬가지로 수행할 수 있고, 반복 설명은 생략한다. 또한, 같은 부분의 자세한 설명은 생략한다.In this embodiment, another embodiment of the method of manufacturing the semiconductor device and the semiconductor device will be described with reference to FIGS. 14A and 14B. Portions and processes having the same or the same function as the above-described embodiment can be performed in the same manner as the above-described embodiment, and repeated description is omitted. In addition, detailed description of the same part is abbreviate | omitted.

도 14a 및 도 14b에 도시된 트랜지스터(1420)는 채널 보호형(채널 스톱형이라고도 함)이라고 불리는 하부 게이트 구조의 한가지이며, 역스태거형 트랜지스터라고도 하는 트랜지스터의 일례이다. 도 14a는 평면도이고, 도 14a에 도시된 일점 쇄선 C2-D2에서 절단한 부분의 단면이 도 14b에 상당한다.The transistor 1420 shown in Figs. 14A and 14B is one of the lower gate structures called the channel protection type (also called the channel stop type), and is an example of a transistor also called an inverted staggered transistor. FIG. 14A is a plan view, and a cross section of a portion cut in dashed-dotted line C2-D2 shown in FIG. 14A corresponds to FIG. 14B.

트랜지스터(1420)의 채널 길이 방향의 단면도인 도 14b에 도시된 바와 같이, 트랜지스터(1420)를 포함한 반도체 장치는 보호 절연막(450)이 제공된 유리 기판(400) 위에 게이트 전극층(401), 게이트 절연막(452), 산화물 반도체막(403), 절연층(423), 소스 전극층(405a), 드레인 전극층(405b)을 갖는다.As shown in FIG. 14B, which is a cross-sectional view of the transistor 1420 in the channel length direction, the semiconductor device including the transistor 1420 includes a gate electrode layer 401 and a gate insulating film on a glass substrate 400 provided with a protective insulating film 450. 452, an oxide semiconductor film 403, an insulating layer 423, a source electrode layer 405a, and a drain electrode layer 405b.

절연층(423)은 적어도 게이트 전극층(401)과 중첩되는 산화물 반도체막(403)의 채널 형성 영역 위를 포함한 산화물 반도체막(403) 위에 제공되며, 채널 보호막으로서 기능한다. 또한, 절연층(423)은 산화물 반도체막(403)에 도달하고 소스 전극층(405a) 또는 드레인 전극층(405b)이 내벽을 덮도록 형성된 개구(425a, 425b)를 갖는다. 따라서, 산화물 반도체막(403)의 주연부는 절연층(423)으로 덮여 있고, 층간 절연막으로서도 기능한다. 게이트 배선과 소스 배선의 교차부에 게이트 절연막(452)뿐만 아니라, 절연층(423)도 층간 절연막으로서 배치함으로써, 기생 용량을 저감할 수 있다.The insulating layer 423 is provided over the oxide semiconductor film 403 including at least the channel formation region of the oxide semiconductor film 403 overlapping with the gate electrode layer 401, and functions as a channel protective film. The insulating layer 423 has openings 425a and 425b formed to reach the oxide semiconductor film 403 and the source electrode layer 405a or the drain electrode layer 405b to cover the inner wall. Therefore, the peripheral part of the oxide semiconductor film 403 is covered with the insulating layer 423, and also functions as an interlayer insulating film. By arranging not only the gate insulating film 452 but also the insulating layer 423 as the interlayer insulating film at the intersection of the gate wiring and the source wiring, parasitic capacitance can be reduced.

트랜지스터(1420)에 있어서, 산화물 반도체막(403)은 절연층(423), 소스 전극층(405a), 및 드레인 전극층(405b)으로 덮여 있는 구성으로 되어 있다.In the transistor 1420, the oxide semiconductor film 403 is configured to be covered with the insulating layer 423, the source electrode layer 405a, and the drain electrode layer 405b.

절연층(423)은 플라즈마 CVD법, 스퍼터링법에 의해 형성한 절연막을 에칭에 의해 가공하여 형성할 수 있다. 또한, 절연층(423)의 개구(425a, 425b)의 내벽은 테이퍼 형상을 갖는다.The insulating layer 423 can be formed by processing an insulating film formed by plasma CVD or sputtering by etching. In addition, the inner walls of the openings 425a and 425b of the insulating layer 423 have a tapered shape.

절연층(423)은 적어도 게이트 전극층(401)과 중첩되는 산화물 반도체막(403)의 채널 형성 영역 위를 포함한 산화물 반도체막(403) 위에 제공되며, 일부가 채널 보호막으로서 기능한다.The insulating layer 423 is provided over the oxide semiconductor film 403 including at least on the channel formation region of the oxide semiconductor film 403 overlapping with the gate electrode layer 401, and a part functions as a channel protective film.

유리 기판(400)과 게이트 전극층(401) 사이에 보호 절연막(450)을 제공함으로써, 게이트 전극층(401)과 게이트 절연막(452) 사이의 계면에 있어서, 유리 기판(400)에 함유되는 제 2 금속 원소의 농도를 5×1018atoms/cm3 이하(바람직하게는 1×1018atoms/cm3 이하)로 한다.By providing the protective insulating film 450 between the glass substrate 400 and the gate electrode layer 401, the second metal contained in the glass substrate 400 at the interface between the gate electrode layer 401 and the gate insulating film 452. The concentration of the element is 5 × 10 18 atoms / cm 3 or less (preferably 1 × 10 18 atoms / cm 3 or less).

보호 절연막(450)에는 질화물 절연막을 사용할 수 있다. 예를 들어, 질화 실리콘막, 질화산화 실리콘막 등을 들 수 있다. 보호 절연막(450)은 단층 구조이든 적층 구조이든 어느 쪽이라도 좋다.A nitride insulating film may be used for the protective insulating film 450. For example, a silicon nitride film, a silicon nitride oxide film, etc. are mentioned. The protective insulating film 450 may be either a single layer structure or a laminated structure.

또한, 유리 기판(400)으로부터 불순물이 확산되는 것을 방지하기 위한 보호 절연막(450)으로서, 티타늄(Ti), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 하프늄(Hf), 탄탈(Ta), 란탄(La), 지르코늄(Zr), 니켈(Ni), 마그네슘(Mg), 바륨(Ba) 및 알루미늄(Al) 중에서 선택되는 임의의 1 종류 이상의 금속 원소를 함유한 금속 산화물 절연막(예를 들어, 산화 알루미늄막, 산화질화 알루미늄막, 산화 하프늄막, 산화 마그네슘막, 산화 지르코늄막, 산화 란탄막, 산화 바륨막), 또는 상술한 금속 원소를 성분으로 하는 금속 질화물 절연막(질화 알루미늄막, 질화산화 알루미늄막)을 사용할 수 있다. 또한, 보호 절연막(450)에는 산화 갈륨막, In-Zr-Zn계 산화물막, In-Fe-Zn계 산화물막, In-Ce-Zn계 산화물막 등도 사용할 수 있다.Further, as a protective insulating film 450 for preventing the diffusion of impurities from the glass substrate 400, titanium (Ti), molybdenum (Mo), tungsten (W), hafnium (Hf), tantalum (Ta), and lanthanum ( A metal oxide insulating film containing any one or more metal elements selected from La), zirconium (Zr), nickel (Ni), magnesium (Mg), barium (Ba), and aluminum (Al) (e.g., aluminum oxide Film, aluminum oxynitride film, hafnium oxide film, magnesium oxide film, zirconium oxide film, lanthanum oxide film, barium oxide film) or metal nitride insulating film (aluminum nitride film, aluminum nitride oxide film) containing the above-described metal element as a component Can be used. In addition, a gallium oxide film, an In—Zr—Zn oxide film, an In—Fe—Zn oxide film, an In—Ce—Zn oxide film, or the like may be used for the protective insulating film 450.

보호 절연막(450)은 금속 질화물 절연막 또는 금속 산화물 절연막 외에 다른 산화물 절연막을 적층하여도 좋다. 예를 들어, 보호 절연막(450)으로서 유리 기판(400) 측으로부터 질화 실리콘막 및 산화질화 실리콘막을 적층하는 구성으로 하여도 좋다.The protective insulating film 450 may be formed by stacking another oxide insulating film in addition to the metal nitride insulating film or the metal oxide insulating film. For example, the protective insulating film 450 may be formed by laminating a silicon nitride film and a silicon oxynitride film from the glass substrate 400 side.

트랜지스터(1420)의 신뢰성(특성의 안정성)을 저하시키지 않기 위해서 저감해야 되는 금속 원소는 나트륨, 알루미늄, 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 바륨이며, 더 나아가서는 유리 기판(400)에 함유되는 다른 원소인 실리콘이나 붕소도 같은 정도의 수준까지 저감시키는 것이 바람직하다.In order to reduce the reliability (stability of characteristics) of the transistor 1420, the metal elements to be reduced are sodium, aluminum, magnesium, calcium, strontium, and barium, and further, silicon, which is another element contained in the glass substrate 400. It is preferable to reduce boron and boron to the same level.

상술한 바와 같이, 유리 기판(400)과 트랜지스터(1420) 사이에 보호 절연막(450)이 제공되어 있기 때문에, 유리 기판(400)에 함유되는 제 2 금속 원소가 트랜지스터(1420)로 확산되는 것을 방지할 수 있다.As described above, since the protective insulating film 450 is provided between the glass substrate 400 and the transistor 1420, the second metal element contained in the glass substrate 400 is prevented from diffusing into the transistor 1420. can do.

트랜지스터(1420)의 전기 특성의 저하나 변동을 초래하는 요인이 되는 유리 기판에 함유되는 제 2 금속 원소의 확산을 방지할 수 있기 때문에, 트랜지스터(1420)에 안정된 전기 특성을 부여할 수 있다.Since it is possible to prevent the diffusion of the second metal element contained in the glass substrate which causes the deterioration or fluctuation of the electrical characteristics of the transistor 1420, the stable electrical characteristics can be given to the transistor 1420.

따라서, 산화물 반도체막(403)을 사용한 안정된 전기 특성을 갖는 트랜지스터(1420)를 포함한 신뢰성이 높은 반도체 장치를 제공할 수 있다. 또한, 신뢰성이 높은 반도체 장치를 고수율로 제작하여 고생산성화를 달성할 수 있다.Therefore, a highly reliable semiconductor device including the transistor 1420 having stable electrical characteristics using the oxide semiconductor film 403 can be provided. In addition, high productivity can be achieved by manufacturing a highly reliable semiconductor device with high yield.

(실시형태 7)(Seventh Embodiment)

실시형태 1 내지 실시형태 6 중 어느 형태에서 제시한 트랜지스터를 사용하여 표시 기능을 갖는 반도체 장치(표시 장치라고도 함)를 제작할 수 있다. 또한, 트랜지스터를 포함하는 구동 회로의 일부 또는 전체를, 화소부와 동일한 기판 위에 일체로 형성하여, 시스템 온 패널을 형성할 수 있다.A semiconductor device (also referred to as a display device) having a display function can be manufactured using the transistors described in any one of the first to sixth embodiments. In addition, a part or all of the driving circuit including the transistor may be integrally formed on the same substrate as the pixel portion to form a system on panel.

도 5a에 있어서, 유리 기판(4001) 위에 제공된 화소부(4002)를 둘러싸도록 씰재(4005)가 제공되며 기판(4006)으로 밀봉되어 있다. 도 5a에서는 유리 기판(4001) 위의 씰재(4005)로 둘러싸인 영역과 다른 영역에, IC칩, 또는 별도로 마련된 기판 위에 단결정 반도체막, 또는 다결정 반도체막으로 형성된 주사선 구동 회로(4004), 신호선 구동 회로(4003)가 실장되어 있다. 또한, 별도로 형성된 신호선 구동 회로(4003)와 주사선 구동 회로(4004) 또는 화소부(4002)에 공급되는 각종 신호 및 전위는 FPC(Flexible Printed Circuit)(4018a, 4018b)로부터 공급된다.In FIG. 5A, a sealant 4005 is provided to enclose a pixel portion 4002 provided on a glass substrate 4001 and sealed with a substrate 4006. In FIG. 5A, a scan line driver circuit 4004 and a signal line driver circuit formed of a single crystal semiconductor film or a polycrystalline semiconductor film on an IC chip or a substrate separately provided in a region different from the region surrounded by the seal member 4005 on the glass substrate 4001. 4003 is mounted. In addition, various signals and potentials supplied to the separately formed signal line driver circuit 4003 and the scan line driver circuit 4004 or the pixel portion 4002 are supplied from the FPC (Flexible Printed Circuit) 4018a and 4018b.

도 5b 및 도 5c에서, 유리 기판(4001) 위에 제공된 화소부(4002)와 주사선 구동 회로(4004)를 둘러싸도록 씰재(4005)가 제공되어 있다. 또한, 화소부(4002)와, 주사선 구동 회로(4004) 위에 기판(4006)이 제공되어 있다. 따라서, 화소부(4002)와 주사선 구동 회로(4004)는 유리 기판(4001)과 씰재(4005)와 기판(4006)에 의해 표시 소자와 함께 밀봉되어 있다. 도 5b 및 도 5c에서는 유리 기판(4001) 위의 씰재(4005)로 둘러싸인 영역과 다른 영역에, IC칩, 또는 별도로 마련된 기판 위에 단결정 반도체막 또는 다결정 반도체막으로 형성된 신호선 구동 회로(4003)가 실장되어 있다. 도 5b 및 도 5c에서는 별도로 형성된 신호선 구동 회로(4003)와 주사선 구동 회로(4004) 또는 화소부(4002)에 공급되는 각종 신호 및 전위는 FPC(4018)로부터 공급된다.5B and 5C, a seal member 4005 is provided to surround the pixel portion 4002 and the scan line driver circuit 4004 provided on the glass substrate 4001. In addition, a substrate 4006 is provided over the pixel portion 4002 and the scan line driver circuit 4004. Therefore, the pixel portion 4002 and the scan line driver circuit 4004 are sealed together with the display element by the glass substrate 4001, the seal member 4005, and the substrate 4006. 5B and 5C, a signal line driver circuit 4003 formed of a single crystal semiconductor film or a polycrystalline semiconductor film on an IC chip or a separately provided substrate is mounted in a region different from the region surrounded by the seal member 4005 on the glass substrate 4001. It is. 5B and 5C, various signals and potentials supplied to the signal line driver circuit 4003 and the scan line driver circuit 4004 or the pixel portion 4002 formed separately are supplied from the FPC 4018.

또한, 도 5b 및 도 5c에서는 신호선 구동 회로(4003)를 별도로 형성하여 유리 기판(4001)에 실장한 예를 도시하였지만, 이 구성에 한정되지 않는다. 주사선 구동 회로를 별도로 형성하여 실장하여도 좋고, 신호선 구동 회로의 일부 또는 주사선 구동 회로의 일부만을 별도로 형성하여 실장하여도 좋다.In addition, although the signal line drive circuit 4003 was formed separately and was mounted on the glass substrate 4001 in FIG. 5B and 5C, it is not limited to this structure. The scan line driver circuit may be separately formed and mounted, or only a part of the signal line driver circuit or a part of the scan line driver circuit may be separately formed and mounted.

또한, 별도로 형성한 구동 회로의 접속 방법은 특별히 한정되지 않고, COG(Chip On Glass) 방법, 와이어 본딩 방법, 또는 TAB(Tape Automated Bonding) 방법 등을 이용할 수 있다. 도 5a는 COG 방법으로 신호선 구동 회로(4003), 주사선 구동 회로(4004)를 실장한 예이고, 도 5b는 COG 방법으로 신호선 구동 회로(4003)를 실장한 예이고, 도 5c는 TAB 방법으로 신호선 구동 회로(4003)를 실장한 예이다.In addition, the connection method of the drive circuit formed separately is not specifically limited, A COG (Chip On Glass) method, a wire bonding method, the Tape Automated Bonding (TAB) method, etc. can be used. 5A is an example in which the signal line driver circuit 4003 and the scan line driver circuit 4004 are mounted by the COG method, and FIG. 5B is an example in which the signal line driver circuit 4003 is mounted by the COG method, and FIG. 5C is a signal line by the TAB method. This is an example in which the drive circuit 4003 is mounted.

또한, 표시 장치는 표시 소자가 밀봉된 상태에 있는 패널과, 상기 패널에 컨트롤러를 포함하는 IC 등을 실장한 상태에 있는 모듈을 포함한다.The display device also includes a panel in which the display element is sealed, and a module in which an IC including a controller is mounted on the panel.

또한, 본 명세서에서의 표시 장치란, 화상 표시 디바이스, 표시 디바이스, 또는 광원(조명 장치를 포함함)을 가리킨다. 또한 커넥터, 예를 들어 FPC 또는 TAB 테이프, 또는 TCP가 장착된 모듈, TAB 테이프나 TCP 끝에 프린트 배선판이 설치된 모듈, 또는 표시 소자에 COG 방식으로 IC(집적 회로)가 직접 실장된 모듈도 모두 표시 장치에 포함되는 것으로 한다.In addition, the display device in this specification refers to an image display device, a display device, or a light source (including an illumination device). Also displays all connectors, such as FPC or TAB tape, or modules with TCP, modules with printed wiring boards at the end of TAB tape or TCP, or modules with integrated circuits (ICs) mounted directly on display elements in a COG manner. It shall be included in.

또한, 유리 기판 위에 제공된 화소부 및 주사선 구동 회로는 복수의 트랜지스터를 가지며, 실시형태 1 내지 실시형태 6 중 어느 형태에서 제시한 트랜지스터를 적용할 수 있다.The pixel portion and the scan line driver circuit provided on the glass substrate have a plurality of transistors, and the transistors described in any of the first to sixth embodiments can be applied.

표시 장치에 형성되는 표시 소자로서는 액정 소자(액정 표시 소자라고도 함), 발광 소자(발광 표시 소자라고도 함)를 사용할 수 있다. 발광 소자는 전류 또는 전압에 의해 휘도가 제어되는 소자를 그 범주에 포함하며, 구체적으로는 무기 EL(Electro Luminescence), 유기 EL 등을 포함한다. 전자 잉크 등 전기적 작용에 의해 명암비가 변화되는 표시 매체도 적용할 수 있다.As a display element formed in a display apparatus, a liquid crystal element (also called liquid crystal display element) and a light emitting element (also called light emitting display element) can be used. The light emitting device includes, in its category, an element whose luminance is controlled by current or voltage, and specifically includes an inorganic EL (Electro Luminescence), an organic EL, and the like. It is also possible to apply a display medium whose contrast ratio changes due to an electrical action such as electronic ink.

반도체 장치의 일 형태에 관해서, 도 7a, 도 7b, 도 16a 및 도 16b를 사용하여 설명한다. 도 7a, 도 7b, 도 16a, 및 도 16b는 도 5b에 도시된 M-N 부분의 단면도에 상당한다.One embodiment of the semiconductor device will be described with reference to FIGS. 7A, 7B, 16A, and 16B. 7A, 7B, 16A, and 16B correspond to sectional views of the M-N portion shown in Fig. 5B.

도 7a, 도 7b, 도 16a, 및 도 16b에 도시된 바와 같이, 반도체 장치는 접속 단자 전극(4015) 및 단자 전극(4016)을 가지고 있으며, 접속 단자 전극(4015) 및 단자 전극(4016)은 이방성 도전막(4019)을 통하여 FPC(4018)가 갖는 단자에 전기적으로 접속되어 있다.As shown in FIGS. 7A, 7B, 16A, and 16B, the semiconductor device has a connecting terminal electrode 4015 and a terminal electrode 4016, and the connecting terminal electrode 4015 and the terminal electrode 4016 It is electrically connected to the terminal which the FPC 4018 has through the anisotropic conductive film 4019.

접속 단자 전극(4015)은 제 1 전극층(4030)과 동일한 도전막으로 형성되어 있고, 단자 전극(4016)은 트랜지스터(4010, 4011, 4040, 4041)의 소스 전극층 및 드레인 전극층과 동일한 도전막으로 형성되어 있다.The connecting terminal electrode 4015 is formed of the same conductive film as the first electrode layer 4030, and the terminal electrode 4016 is formed of the same conductive film as the source electrode layer and the drain electrode layer of the transistors 4010, 4011, 4040, 4041. It is.

또한, 유리 기판(4001) 위에 형성된 화소부(4002)와 주사선 구동 회로(4004)는 복수의 트랜지스터를 가지며, 도 7a, 도 7b, 도 16a, 및 도 16b에서는 화소부(4002)에 포함되는 트랜지스터(4010) 또는 트랜지스터(4040)와, 주사선 구동 회로(4004)에 포함되는 트랜지스터(4011) 또는 트랜지스터(4041)를 예시하고 있다. 도 7a, 도 7b, 도 16a, 및 도 16b에서는 트랜지스터(4010), 트랜지스터(4011), 또는 트랜지스터(4040), 트랜지스터(4041) 위에 절연막(4020)이 제공되고, 도 7a, 도 7b, 도 16a, 및 도 16b에서는 추가로 절연막(4021)이 제공되어 있다.In addition, the pixel portion 4002 and the scan line driver circuit 4004 formed on the glass substrate 4001 have a plurality of transistors, and the transistors included in the pixel portion 4002 in FIGS. 7A, 7B, 16A, and 16B are illustrated. 4010 or the transistor 4040 and the transistor 4011 or the transistor 4041 included in the scanning line driver circuit 4004 are illustrated. In FIGS. 7A, 7B, 16A, and 16B, an insulating film 4020 is provided over the transistor 4010, the transistor 4011, or the transistor 4040, the transistor 4041, and FIGS. 7A, 7B, and 16A. And FIG. 16B, an insulating film 4021 is further provided.

트랜지스터(4010), 트랜지스터(4011), 트랜지스터(4040), 트랜지스터(4041)로서는 실시형태 1 내지 실시형태 6 중 어느 형태에서 제시한 트랜지스터를 적용할 수 있다. 본 실시형태에서는 트랜지스터(4010), 트랜지스터(4011)에는 실시형태 2에서 제시한 트랜지스터(430)와 같은 구조를 갖는 트랜지스터를 적용하고, 트랜지스터(4040), 트랜지스터(4041)에는 실시형태 5에서 제시한 트랜지스터(1430)와 같은 구조를 갖는 트랜지스터를 적용한 예를 제시한다. 트랜지스터(4010), 트랜지스터(4011), 트랜지스터(4040), 트랜지스터(4041)는 산화물 반도체막 위에 채널 보호막으로서 기능하는 절연층이 제공된 하부 게이트 구조의 스태거형 트랜지스터이다.As the transistor 4010, the transistor 4011, the transistor 4040, and the transistor 4041, the transistors described in any of Embodiments 1 to 6 can be used. In the present embodiment, a transistor having the same structure as that of the transistor 430 described in the second embodiment is applied to the transistor 4010 and the transistor 4011, and the transistor 4040 and the transistor 4041 are the same as those described in the fifth embodiment. An example in which a transistor having the same structure as the transistor 1430 is applied will be described. The transistor 4010, the transistor 4011, the transistor 4040, and the transistor 4041 are staggered transistors of a lower gate structure provided with an insulating layer serving as a channel protective film on the oxide semiconductor film.

트랜지스터(4010), 트랜지스터(4011)의 게이트 전극층은 제 1 게이트 절연막(4023)으로 덮여 있어, 트랜지스터(4010), 트랜지스터(4011)의 제 2 게이트 절연막 및 산화물 반도체막은 유리 기판(4001)에 함유되는 제 1 금속 원소로 인한 오염으로부터 보호되고 있다. 따라서, 트랜지스터(4010), 트랜지스터(4011)의 제 1 게이트 절연막(4023)과 제 2 게이트 절연막 사이의 계면에 있어서, 유리 기판(4001)에 함유되는 제 1 금속 원소의 농도를 5×1018atoms/cm3 이하(바람직하게는 1×1018atoms/cm3 이하)로 할 수 있다.The gate electrode layers of the transistor 4010 and the transistor 4011 are covered with the first gate insulating film 4023, and the second gate insulating film and the oxide semiconductor film of the transistor 4010 and the transistor 4011 are contained in the glass substrate 4001. It is protected from contamination by the first metal element. Therefore, at the interface between the transistor 4010, the first gate insulating film 4023 of the transistor 4011, and the second gate insulating film, the concentration of the first metal element contained in the glass substrate 4001 is 5 × 10 18 atoms. It can be / cm 3 or less (preferably 1x10 18 atoms / cm 3 or less).

제 1 게이트 절연막(4023)에는 박막의 질화물 절연막을 사용할 수 있다. 예를 들어, 질화 실리콘막, 질화산화 실리콘막 등을 들 수 있다. 제 1 게이트 절연막(4023)의 막 두께는 얇게 할 수 있으며, 30nm 이상 50nm 이하로 할 수 있다. 제 1 게이트 절연막(4023)은 단층 구조이든 적층 구조이든 어느 쪽이라도 좋다. 본 실시형태에서는 제 1 게이트 절연막(4023)으로서 질화 실리콘막을 사용한다.A thin film nitride insulating film may be used for the first gate insulating film 4023. For example, a silicon nitride film, a silicon nitride oxide film, etc. are mentioned. The film thickness of the first gate insulating film 4023 can be thin, and can be 30 nm or more and 50 nm or less. The first gate insulating film 4023 may be either a single layer structure or a stacked structure. In this embodiment, a silicon nitride film is used as the first gate insulating film 4023.

도 16a 및 도 16b에 도시된 반도체 장치에 있어서, 유리 기판(4001)과 트랜지스터(4040), 트랜지스터(4041) 사이에 보호 절연막(4053)이 제공되어 있다. 보호 절연막(4053)은 하지막으로서 기능하는 절연막이다. 보호 절연막(4053)에는 질화물 절연막을 사용할 수 있다. 예를 들어, 질화 실리콘막, 질화산화 실리콘막 등을 들 수 있다. 보호 절연막(4053)은 단층 구조이든 적층 구조이든 어느 쪽이라도 좋다. 본 실시형태에서는 보호 절연막(4053)으로서 질화 실리콘막을 사용한다.In the semiconductor device shown in FIGS. 16A and 16B, a protective insulating film 4053 is provided between the glass substrate 4001, the transistor 4040, and the transistor 4041. The protective insulating film 4053 is an insulating film functioning as an underlayer. A nitride insulating film can be used for the protective insulating film 4053. For example, a silicon nitride film, a silicon nitride oxide film, etc. are mentioned. The protective insulating film 4053 may be either a single layer structure or a laminated structure. In this embodiment, a silicon nitride film is used as the protective insulating film 4053.

트랜지스터(4040), 트랜지스터(4041)는 보호 절연막(4053)으로 덮인 유리 기판(4001) 위에 제공되어 있어, 유리 기판(4001)에 함유되는 제 2 금속 원소로 인한 오염으로부터 보호되고 있다. 따라서, 트랜지스터(4040), 트랜지스터(4041)의 게이트 전극층과 게이트 절연막 사이의 계면에 있어서, 유리 기판(4001)에 함유되는 제 2 금속 원소의 농도를 5×1018atoms/cm3 이하(바람직하게는 1×1018atoms/cm3 이하)로 할 수 있다.The transistors 4040 and 4041 are provided on the glass substrate 4001 covered with the protective insulating film 4053, and are protected from contamination by the second metal element contained in the glass substrate 4001. Therefore, at the interface between the transistor 4040, the gate electrode layer of the transistor 4041 and the gate insulating film, the concentration of the second metal element contained in the glass substrate 4001 is 5 × 10 18 atoms / cm 3 or less (preferably Can be 1 × 10 18 atoms / cm 3 or less).

따라서, 도 7a, 도 7b, 도 16a, 및 도 16b에 도시된 본 실시형태의 산화물 반도체막을 사용한 안정된 전기 특성을 갖는 트랜지스터(4010), 트랜지스터(4011), 또는 트랜지스터(4040), 트랜지스터(4041)를 포함한 반도체 장치로서 신뢰성이 높은 반도체 장치를 제작할 수 있다. 또한, 이러한 신뢰성이 높은 반도체 장치를 고수율로 제작하여 고생산성화를 달성할 수 있다.Therefore, the transistor 4010, the transistor 4011, or the transistor 4040, the transistor 4041 having stable electrical characteristics using the oxide semiconductor film of the present embodiment shown in Figs. 7A, 7B, 16A, and 16B. A semiconductor device having high reliability can be manufactured as a semiconductor device including a semiconductor device. In addition, high productivity can be achieved by fabricating such a highly reliable semiconductor device with high yield.

또한, 구동 회로용 트랜지스터(4011, 4041)의 산화물 반도체막의 채널 형성 영역과 중첩되는 위치에 추가적으로 도전층을 제공하여도 좋다. 도전층을 산화물 반도체막의 채널 형성 영역과 중첩되는 위치에 제공함으로써, 바이어스-열 스트레스 시험(BT 시험) 전후에서의 트랜지스터(4011, 4041)의 임계값 전압의 변화량을 더욱 저감시킬 수 있다. 또한, 도전층은 전위가 트랜지스터(4011, 4041)의 게이트 전극층과 동일하든 상이하든 어느 쪽이라도 좋고, 제 2 게이트 전극층으로서 기능시킬 수도 있다. 또한, 도전층의 전위가 GND, 0V, 또는 플로팅 상태이어도 좋다.The conductive layer may be further provided at positions overlapping with the channel formation region of the oxide semiconductor film of the driver circuit transistors 4011 and 4041. By providing the conductive layer at a position overlapping with the channel formation region of the oxide semiconductor film, it is possible to further reduce the amount of change in the threshold voltage of the transistors 4011 and 4041 before and after the bias-thermal stress test (BT test). The conductive layer may be either of the same as or different from the gate electrode layers of the transistors 4011 and 4041, and may function as a second gate electrode layer. Further, the potential of the conductive layer may be GND, 0 V, or in a floating state.

또한, 상기 도전층은 외부의 전장(電場)을 차폐하는 기능, 즉 외부의 전장이 내부(트랜지스터를 포함하는 회로부)에 작용하지 않도록 하는 기능(특히, 정전기에 대한 정전 차폐 기능)도 갖는다. 도전층의 차폐 기능에 의해, 정전기 등 외부의 전장의 영향으로 인하여 트랜지스터의 전기적 특성이 변동되는 것을 방지할 수 있다.In addition, the conductive layer also has a function of shielding an external electric field, that is, a function of preventing the external electric field from acting on the inside (circuit including a transistor) (especially an electrostatic shielding function against static electricity). By the shielding function of the conductive layer, it is possible to prevent variations in the electrical characteristics of the transistor due to the influence of an external electric field such as static electricity.

화소부(4002)에 제공된 트랜지스터(4010, 4040)는 표시 소자와 전기적으로 접속되어, 표시 패널을 구성한다. 표시 소자는 표시를 수행할 수 있으면 특별한 것에 한정되지 않고 다양한 표시 소자를 사용할 수 있다.The transistors 4010 and 4040 provided in the pixel portion 4002 are electrically connected to the display elements to form a display panel. The display element is not limited to a particular one as long as it can display, and various display elements can be used.

도 7a 및 도 16a에 표시 소자로서 액정 소자를 사용한 액정 표시 장치의 예를 도시하였다. 도 7a 및 도 16a에 있어서, 표시 소자인 액정 소자(4013)는 제 1 전극층(4030), 제 2 전극층(4031), 및 액정 조성물(4008)을 포함한다. 또한, 배향막으로서 기능하는 절연막(4032, 4033)이 액정 조성물(4008)을 끼우도록 형성되어 있다. 제 2 전극층(4031)은 기판(4006) 측에 제공되고, 제 1 전극층(4030)과 제 2 전극층(4031)은 액정 조성물(4008)을 개재하여 적층된 구성으로 되어 있다.7A and 16A show an example of a liquid crystal display device using a liquid crystal element as the display element. 7A and 16A, the liquid crystal element 4013, which is a display element, includes a first electrode layer 4030, a second electrode layer 4031, and a liquid crystal composition 4008. In addition, insulating films 4032 and 4033 functioning as alignment films are formed to sandwich the liquid crystal composition 4008. The second electrode layer 4031 is provided on the substrate 4006 side, and the first electrode layer 4030 and the second electrode layer 4031 are laminated with the liquid crystal composition 4008 interposed therebetween.

또한, 스페이서(4035)는 절연막을 선택적으로 에칭함으로써 얻어지는 주상(柱狀)의 스페이서이며, 액정 조성물(4008)의 두께(셀 갭)를 제어하기 위하여 형성되어 있다. 또한, 구(球)상의 스페이서를 사용하여도 좋다.In addition, the spacer 4035 is a columnar spacer obtained by selectively etching an insulating film, and is formed in order to control the thickness (cell gap) of the liquid crystal composition 4008. In addition, a spherical spacer may be used.

표시 소자로서 액정 소자를 사용하는 경우, 서모트로픽 액정, 저분자 액정, 고분자 액정, 고분자 분산형 액정, 강유전성 액정, 반강유전성 액정 등을 사용할 수 있다. 이들 액정 재료(액정 조성물)는 조건에 따라 콜레스테릭(cholesteric)상, 스멕틱상, 큐빅상, 키랄 네마틱상, 등방상 등을 나타낸다.When a liquid crystal element is used as the display element, a thermotropic liquid crystal, a low molecular liquid crystal, a polymer liquid crystal, a polymer dispersed liquid crystal, a ferroelectric liquid crystal, an antiferroelectric liquid crystal, or the like can be used. These liquid crystal materials (liquid crystal composition) show a cholesteric phase, a smectic phase, a cubic phase, a chiral nematic phase, an isotropic phase, etc. according to conditions.

또한, 액정 조성물(4008)에, 배향막을 사용하지 않는 블루상(blue phase)을 발현하는 액정 조성물을 사용하여도 좋다. 이 경우, 액정 조성물(4008)과, 제 1 전극층(4030) 및 제 2 전극층(4031)은 접촉하는 구조가 된다. 블루상은 액정상의 하나이며, 콜레스테릭 액정을 계속해서 승온하면, 콜레스테릭상으로부터 등방상으로 전이하기 직전에 발현되는 상이다. 블루상은 액정 및 키랄제를 혼합시킨 액정 조성물을 사용하여 발현할 수 있다. 또한, 블루상이 발현되는 온도 범위를 넓히기 위해서, 블루상을 발현하는 액정 조성물에 중합성 단량체 및 중합 개시제 등을 첨가하고, 고분자 안정화시키는 처리를 수행하여 액정 조성물을 형성할 수도 있다. 블루상을 발현하는 액정 조성물은 응답 속도가 짧고, 광학적 등방성이기 때문에 배향 처리가 불필요하고, 시야각 의존성이 작다. 또한, 배향막을 제공하지 않아도 되어서 러빙 처리도 불필요하게 되기 때문에, 러빙 처리로 인한 정전 파괴를 방지할 수 있고, 제작 공정시의 액정 표시 장치의 불량이나 파손을 경감할 수 있다. 따라서, 액정 표시 장치의 생산성을 향상시킬 수 있다. 산화물 반도체막을 사용하는 트랜지스터는 정전기의 영향으로 인하여 트랜지스터의 전기적인 특성이 현저하게 변동되어 설계 범위를 일탈할 우려가 있다. 따라서, 산화물 반도체막을 사용하는 트랜지스터를 갖는 액정 표시 장치에 블루상을 발현하는 액정 조성물을 사용하는 것은 더 효과적이다.In addition, you may use the liquid crystal composition which expresses the blue phase which does not use an alignment film for the liquid crystal composition 4008. In this case, the liquid crystal composition 4008 and the first electrode layer 4030 and the second electrode layer 4031 are in contact with each other. The blue phase is one of the liquid crystal phases, and when the cholesteric liquid crystal is continuously heated, the blue phase is a phase which is expressed immediately before transition from the cholesteric phase to the isotropic phase. A blue phase can be expressed using the liquid crystal composition which mixed the liquid crystal and a chiral agent. In addition, in order to widen the temperature range in which the blue phase is expressed, a liquid crystal composition may be formed by adding a polymerizable monomer, a polymerization initiator, or the like to the liquid crystal composition expressing the blue phase, and subjecting the polymer to stabilization. Since the liquid crystal composition which expresses a blue phase has a short response speed and is optically isotropic, an orientation process is unnecessary and a viewing angle dependency is small. In addition, since the alignment film does not have to be provided, the rubbing process is also unnecessary, so that electrostatic breakage due to the rubbing process can be prevented, and defects or breakage of the liquid crystal display device during the manufacturing process can be reduced. Therefore, the productivity of the liquid crystal display device can be improved. In the transistor using the oxide semiconductor film, the electrical characteristics of the transistor are significantly changed due to the influence of static electricity, which may deviate from the design range. Therefore, it is more effective to use the liquid crystal composition which expresses a blue phase in the liquid crystal display device which has a transistor using an oxide semiconductor film.

또한, 액정 재료의 고유 저항은 1×109Ω·cm 이상이며, 바람직하게는 1×1011Ω·cm 이상이며, 더욱 바람직하게는 1×1012Ω·cm 이상이다. 또한, 본 명세서에서의 고유 저항의 값은 20℃에서 측정한 값으로 한다.The resistivity of the liquid crystal material is 1 × 10 9 Ω · cm or more, preferably 1 × 10 11 Ω · cm or more, and more preferably 1 × 10 12 Ω · cm or more. In addition, the value of specific resistance in this specification is made into the value measured at 20 degreeC.

액정 표시 장치에 형성되는 유지 용량의 크기는 화소부에 배치되는 트랜지스터의 누설 전류 등을 고려하여 소정 기간 동안 전하를 유지할 수 있도록 설정된다. 유지 용량의 크기는 트랜지스터의 오프 전류 등을 고려하여 설정하면 좋다. 본 명세서에서 제시하는 산화물 반도체막을 갖는 트랜지스터를 이용함으로써, 각 화소에서의 액정 용량에 대하여 1/3 이하, 바람직하게는 1/5 이하의 용량의 크기를 갖는 유지 용량을 형성하면 충분하다.The size of the storage capacitor formed in the liquid crystal display device is set so that the charge can be maintained for a predetermined period in consideration of leakage current and the like of the transistor disposed in the pixel portion. The size of the holding capacitor may be set in consideration of the off current of the transistor and the like. By using a transistor having an oxide semiconductor film as described herein, it is sufficient to form a storage capacitor having a size of 1/3 or less, preferably 1/5 or less of the liquid crystal capacitance in each pixel.

본 명세서에서 제시하는 산화물 반도체막을 사용한 트랜지스터는 오프 상태에서의 전류값(오프 전류값)을 낮게 제어할 수 있다. 따라서, 화상 신호 등의 전기 신호의 유지 시간을 길게 할 수 있고 전원이 온(on)된 상태에서는 기록 간격도 길게 설정할 수 있다. 따라서, 리프레쉬 동작의 빈도를 줄일 수 있기 때문에, 소비 전력을 억제하는 효과가 있다.In the transistor using the oxide semiconductor film described herein, the current value (off current value) in the off state can be controlled to be low. Therefore, the holding time of an electrical signal such as an image signal can be lengthened, and the recording interval can also be set long when the power supply is turned on. Therefore, since the frequency of the refresh operation can be reduced, there is an effect of suppressing power consumption.

또한, 본 명세서에서 제시하는 산화물 반도체막을 사용한 트랜지스터는 비교적 높은 전계 효과 이동도가 얻어지기 때문에 고속 구동이 가능하다. 예를 들어, 이러한 고속 구동이 가능한 트랜지스터를 액정 표시 장치에 사용함으로써, 화소부의 스위칭 트랜지스터와, 구동 회로부에 사용하는 드라이버 트랜지스터를 동일한 기판 위에 형성할 수 있다. 즉, 별도로 구동 회로로서 실리콘 웨이퍼 등으로 형성된 반도체 장치를 사용할 필요가 없기 때문에, 반도체 장치의 부품 수를 삭감할 수 있다. 또한, 화소부에서도 고속 구동이 가능한 트랜지스터를 사용함으로써, 고화질의 화상을 제공할 수 있다.In addition, the transistor using the oxide semiconductor film described herein can be driven at high speed because a relatively high field effect mobility can be obtained. For example, by using such a transistor capable of high speed driving in a liquid crystal display device, a switching transistor of a pixel portion and a driver transistor for use in a driving circuit portion can be formed on the same substrate. That is, since there is no need to use a semiconductor device formed of a silicon wafer or the like separately as a driving circuit, the number of components of the semiconductor device can be reduced. In addition, by using a transistor capable of high-speed driving in the pixel portion, it is possible to provide a high quality image.

액정 표시 장치에는 TN(Twisted Nematic) 모드, IPS(In-Plane-Switching) 모드, FFS(Fringe Field Switching) 모드, ASM(Axially Symmetric aligned Micro-cell) 모드, OCB(Optical Compensated Birefringence) 모드, FLC(Ferroelectric Liquid Crystal) 모드, AFLC(AntiFerroelectric Liquid Crystal) 모드 등을 이용할 수 있다.Liquid crystal displays include twisted nematic (TN) mode, in-plane-switching (IPS) mode, fringe field switching (FSF) mode, axially symmetric aligned micro-cell (ASM) mode, optically compensated birefringence (OCB) mode, and FLC (FLC) Ferroelectric Liquid Crystal mode, Antiferroelectric Liquid Crystal (AFLC) mode, and the like can be used.

또한, 노멀리 블랙(normally black)형 액정 표시 장치, 예를 들어 수직 배향(VA) 모드를 채용한 투과형 액정 표시 장치로 하여도 좋다. 수직 배향 모드로서는, 몇 가지 예를 들 수 있는데, 예를 들어 MVA(Multi-Domain Vertical Alignment) 모드, PVA(Patterned Vertical Alignment) 모드, ASV(Advanced Super View) 모드 등을 이용할 수 있다. 또한, VA형 액정 표시 장치에 적용할 수도 있다. VA형 액정 표시 장치란 액정 표시 패널의 액정 분자의 배열을 제어하는 방식 중의 한가지이다. VA형 액정 표시 장치는 전압이 인가되지 않을 때에 액정 분자가 패널 면에 수직인 방향으로 향하는 방식이다. 또한, 화소(픽셀)를 몇 개의 영역(서브 픽셀)으로 나누고 각각 다른 방향으로 분자를 배향하도록 구성되는 멀티 도메인화 또는 멀티 도메인 설계라는 방법을 이용할 수 있다.Further, a normally black liquid crystal display device, for example, a transmissive liquid crystal display device employing a vertical alignment (VA) mode may be used. Examples of the vertical alignment mode include some examples, and for example, a multi-domain vertical alignment (MVA) mode, a patterned vertical alignment (PVA) mode, an advanced super view (ASV) mode, and the like can be used. Moreover, it can also be applied to VA type liquid crystal display device. The VA type liquid crystal display device is one of methods of controlling the arrangement of liquid crystal molecules in the liquid crystal display panel. The VA liquid crystal display is a system in which liquid crystal molecules are directed in a direction perpendicular to the panel surface when no voltage is applied. In addition, a method called multi-domainization or multi-domain design may be used, which is configured to divide a pixel (pixel) into several regions (sub pixels) and orient molecules in different directions, respectively.

또한, 표시 장치에 있어서, 블랙 매트릭스(차광층), 편광 부재, 위상차 부재, 반사 방지 부재 등의 광학 부재(광학 기판) 등은 적절히 제공한다. 예를 들어, 편광 기판 및 위상차 기판에 의한 원 편광을 이용하여도 좋다. 또한, 광원으로서 백 라이트, 사이드 라이트 등을 사용하여도 좋다.In the display device, an optical member (optical substrate) such as a black matrix (light shielding layer), a polarizing member, a retardation member, an antireflection member, or the like is appropriately provided. For example, circularly polarized light by a polarizing substrate and a phase difference substrate may be used. Further, a back light, a side light, or the like may be used as the light source.

또한, 화소부에서의 표시 방식으로서는 프로그레시브 방식이나 인터레이스 방식 등을 이용할 수 있다. 또한, 컬러 표시할 때, 화소에서 제어하는 색 요소로서는 RGB(R은 적색, G는 녹색, B는 청색을 나타냄)의 3색에 한정되지 않는다. 예를 들어, RGBW(W는 백색을 나타냄), 또는 RGB에, 황색, 시안(cyan), 마젠타(magenta) 등을 1색 이상 추가한 것이 있다. 또한, 색 요소의 도트마다 그 표시 영역의 크기가 상이하여도 좋다. 다만, 제시된 발명은 컬러 표시의 표시 장치에 한정되는 것이 아니며, 흑백 표시의 표시 장치에 적용할 수도 있다.As the display method in the pixel portion, a progressive method, an interlace method, or the like can be used. In color display, the color elements controlled by the pixel are not limited to three colors of RGB (R represents red, G represents green, and B represents blue). For example, RGBW (W represents white) or RGB, yellow, cyan, magenta, etc., have added one or more colors. Further, the size of the display area may be different for each color element dot. However, the present invention is not limited to the display device of the color display, but may be applied to the display device of the monochrome display.

또한, 표시 장치에 포함되는 표시 소자로서, 일렉트로루미네선스를 이용하는 발광 소자를 적용할 수 있다. 일렉트로루미네선스를 이용하는 발광 소자는 발광 재료가 유기 화합물인지, 무기 화합물인지에 따라 구별되고, 일반적으로는 전자(前者)는 유기 EL 소자, 후자는 무기 EL 소자라고 불린다.In addition, as a display element included in the display device, a light emitting element using an electroluminescence can be applied. The light emitting element using the electroluminescence is classified according to whether the light emitting material is an organic compound or an inorganic compound, and in general, the former is called an organic EL element, and the latter is called an inorganic EL element.

유기 EL 소자는 발광 소자에 전압을 인가함으로써, 한 쌍의 전극으로부터 전자 및 정공이 각각 발광성 유기 화합물을 함유한 층에 주입되어, 전류가 흐른다. 그리고, 이들 캐리어(전자 및 정공)가 재결합함으로써, 발광성 유기 화합물이 여기 상태를 형성하고, 이 여기 상태가 기저 상태로 되돌아올 때 발광한다. 이러한 메커니즘으로 인하여, 이러한 발광 소자는 전류 여기형 발광 소자라고 불린다. 본 실시형태에서는 발광 소자로서 유기 EL 소자를 사용한 예를 제시한다.By applying a voltage to the light emitting element, the organic EL element is injected with electrons and holes from the pair of electrodes into the layer containing the luminescent organic compound, respectively, and a current flows. Then, by recombination of these carriers (electrons and holes), the luminescent organic compound forms an excited state and emits light when the excited state returns to the ground state. Due to this mechanism, such a light emitting element is called a current excited type light emitting element. In this embodiment, an example in which an organic EL element is used as a light emitting element is presented.

무기 EL 소자는 그 소자 구성에 따라, 분산형 무기 EL 소자와 박막형 무기 EL 소자로 분류된다. 분산형 무기 EL 소자는 발광 재료의 입자를 바인더 중에 분산시킨 발광층을 갖고, 발광 메커니즘은 도너 준위와 억셉터 준위를 이용하는 도너-억셉터 재결합형 발광이다. 박막형 무기 EL 소자는 유전체층이 발광층을 끼우고, 또한 이것을 전극 사이에 끼운 구조이며, 발광 메커니즘은 금속 이온의 내각 전자 전이(inner-shell electron transition)를 이용하는 국재(局在)형 발광이다. 또한, 여기서는 발광 소자로서 유기 EL 소자를 사용한 예에 대해서 설명한다.The inorganic EL element is classified into a dispersion-type inorganic EL element and a thin-film inorganic EL element according to its element structure. The dispersed inorganic EL device has a light emitting layer in which particles of a light emitting material are dispersed in a binder, and the light emitting mechanism is donor-acceptor recombination type light emission using a donor level and an acceptor level. The thin-film inorganic EL device has a structure in which a dielectric layer sandwiches a light emitting layer and sandwiches it between electrodes, and the light emitting mechanism is localized light emission using an inner-shell electron transition of metal ions. In addition, the example which used the organic electroluminescent element as a light emitting element is demonstrated here.

발광 소자는 발광을 추출하기 위해서 적어도 한 쌍의 전극 중 한쪽이 투광성을 가지면 좋다. 그리고, 기판 위에 트랜지스터 및 발광 소자를 형성하고, 기판과는 반대 측의 면으로부터 발광을 추출하는 상면 사출, 기판 측의 면으로부터 발광을 추출하는 하면 사출, 기판 측 및 기판과는 반대 측의 면으로부터 발광을 추출하는 양면 사출 구조의 발광 소자가 있고, 어느 사출 구조의 발광 소자나 적용할 수 있다.In the light emitting element, one of the at least one pair of electrodes may have a light transmitting property in order to extract light emission. Then, a transistor and a light emitting element are formed on the substrate, and the upper surface ejection extracts light emission from the surface on the opposite side from the substrate, the lower surface ejection extracts light emission from the surface on the substrate side, from the surface on the side opposite to the substrate and the substrate. There exists a light emitting element of the double-sided injection structure which extracts light emission, and the light emitting element of any injection structure can be applied.

도 6a, 도 6b, 도 7b, 도 15a, 도 15b, 및 도 16b에 표시 소자로서 발광 소자를 사용한 발광 장치의 예를 도시하였다.6A, 6B, 7B, 15A, 15B, and 16B show examples of light emitting devices using light emitting elements as display elements.

도 6a는 발광 장치의 평면도이며, 도 6a에 도시된 일점 쇄선 V1-W1, V2-W2, 및 V3-W3에서 절단한 부분의 단면이 도 6b에 상당한다. 또한, 도 6a의 평면도에서는 전계 발광층(542) 및 제 2 전극층(543)을 생략하고 도시하지 않았다.FIG. 6A is a plan view of the light emitting device, and a cross section of a portion cut in dashed-dotted lines V1-W1, V2-W2, and V3-W3 shown in FIG. 6A corresponds to FIG. 6B. 6A, the electroluminescent layer 542 and the second electrode layer 543 are not illustrated.

도 6a 및 도 6b에 도시된 발광 장치는 유리 기판(500) 위에 트랜지스터(510), 용량 소자(520), 배선층 교차부(530)를 가지고 있으며, 트랜지스터(510)는 발광 소자(540)에 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 도 6a 및 도 6b는 유리 기판(500)을 통과하여 발광 소자(540)로부터의 빛을 추출하는 하면 사출형 구조의 발광 장치를 도시한 것이다.6A and 6B have a transistor 510, a capacitor 520, and a wiring layer intersection 530 on the glass substrate 500, and the transistor 510 is electrically connected to the light emitting element 540. Is connected. 6A and 6B illustrate a light emitting device having a bottom emission type structure that extracts light from the light emitting element 540 through the glass substrate 500.

트랜지스터(510)로서는 실시형태 1 내지 실시형태 6 중 어느 형태에서 제시한 트랜지스터를 적용할 수 있다. 본 실시형태에서는 실시형태 3에서 제시한 트랜지스터(420)와 같은 구조를 갖는 트랜지스터를 적용한 예를 제시한다. 트랜지스터(510)는 산화물 반도체막 위에 채널 보호막으로서 기능하는 절연층이 제공된 하부 게이트 구조의 스태거형 트랜지스터이다.As the transistor 510, the transistor described in any of Embodiments 1 to 6 can be used. In this embodiment, an example in which a transistor having the same structure as that of the transistor 420 described in the third embodiment is applied. The transistor 510 is a staggered transistor of a lower gate structure provided with an insulating layer serving as a channel protective film over the oxide semiconductor film.

트랜지스터(510)는 게이트 전극층(511a, 511b), 제 1 게이트 절연막(501), 제 2 게이트 절연막(502), 산화물 반도체막(512), 소스 전극층 또는 드레인 전극층으로서 기능하는 도전층(513a, 513b)을 포함한다.The transistor 510 is a conductive layer 513a or 513b that functions as a gate electrode layer 511a or 511b, a first gate insulating film 501, a second gate insulating film 502, an oxide semiconductor film 512, a source electrode layer or a drain electrode layer. ).

트랜지스터(510)의 게이트 전극층은 제 1 게이트 절연막(501)으로 덮여 있어, 트랜지스터(510)의 제 2 게이트 절연막(502) 및 산화물 반도체막(512)은 유리 기판(500)에 함유되는 제 1 금속 원소로 인한 오염으로부터 보호되고 있다. 따라서, 제 1 게이트 절연막(501)과 제 2 게이트 절연막(502) 사이의 계면에 있어서, 유리 기판(500)에 함유되는 제 1 금속 원소의 농도를 5×1018atoms/cm3 이하(바람직하게는 1×1018atoms/cm3 이하)로 할 수 있다.The gate electrode layer of the transistor 510 is covered with the first gate insulating film 501, so that the second gate insulating film 502 and the oxide semiconductor film 512 of the transistor 510 are included in the glass substrate 500. It is protected from contamination by elements. Therefore, at the interface between the first gate insulating film 501 and the second gate insulating film 502, the concentration of the first metal element contained in the glass substrate 500 is 5 × 10 18 atoms / cm 3 or less (preferably Can be 1 × 10 18 atoms / cm 3 or less).

제 1 게이트 절연막(501)에는 박막의 질화물 절연막을 사용할 수 있다. 예를 들어, 질화 실리콘막, 질화산화 실리콘막 등을 들 수 있다. 제 1 게이트 절연막(501)의 막 두께는 얇게 할 수 있으며, 30nm 이상 50nm 이하로 할 수 있다. 제 1 게이트 절연막(501)은 단층 구조이든 적층 구조이든 어느 쪽이라도 좋다. 본 실시형태에서는 제 1 게이트 절연막(501)으로서 질화 실리콘막을 사용한다.A thin film nitride insulating film may be used for the first gate insulating film 501. For example, a silicon nitride film, a silicon nitride oxide film, etc. are mentioned. The film thickness of the first gate insulating film 501 can be thin, and can be 30 nm or more and 50 nm or less. The first gate insulating film 501 may be either a single layer structure or a stacked structure. In this embodiment, a silicon nitride film is used as the first gate insulating film 501.

따라서, 도 6a 및 도 6b에 도시된 본 실시형태의 산화물 반도체막(512)을 사용한 안정된 전기 특성을 갖는 트랜지스터(510)를 포함한 반도체 장치로서 신뢰성이 높은 반도체 장치를 제공할 수 있다. 또한, 이러한 신뢰성이 높은 반도체 장치를 고수율로 제작하여 고생산성화를 달성할 수 있다.Therefore, a highly reliable semiconductor device can be provided as a semiconductor device including the transistor 510 having stable electrical characteristics using the oxide semiconductor film 512 of this embodiment shown in Figs. 6A and 6B. In addition, high productivity can be achieved by fabricating such a highly reliable semiconductor device with high yield.

용량 소자(520)는 도전층(521a, 521b), 제 2 게이트 절연막(502), 산화물 반도체막(522), 도전층(523)을 포함하며, 도전층(521a, 521b)과 도전층(523)이 제 2 게이트 절연막(502) 및 산화물 반도체막(522)을 끼운 구성으로 함으로써 용량을 형성한다.The capacitor 520 includes the conductive layers 521a and 521b, the second gate insulating layer 502, the oxide semiconductor film 522, and the conductive layer 523, and the conductive layers 521a and 521b and the conductive layer 523. ) Is formed by sandwiching the second gate insulating film 502 and the oxide semiconductor film 522.

배선층 교차부(530)는 게이트 전극층(511a, 511b)과 도전층(533)의 교차부이며, 게이트 전극층(511a, 511b)과 도전층(533)은 제 2 게이트 절연막(502) 및 제 1 게이트 절연막(501)을 사이에 두고 교차한다. 실시형태 3에서 제시한 구조로 하면, 배선층 교차부(530)는 게이트 전극층(511a, 511b)과 도전층(533) 사이에 제 2 게이트 절연막(502)뿐만 아니라 제 1 게이트 절연막(501)도 배치할 수 있기 때문에, 게이트 전극층(511a, 511b)과 도전층(533) 사이에 발생하는 기생 용량을 저감시킬 수 있다.The wiring layer intersection 530 is an intersection of the gate electrode layers 511a and 511b and the conductive layer 533, and the gate electrode layers 511a and 511b and the conductive layer 533 are formed of the second gate insulating film 502 and the first gate. The insulating film 501 is interposed therebetween. According to the structure shown in Embodiment 3, the wiring layer crossing portion 530 also includes not only the second gate insulating film 502 but also the first gate insulating film 501 between the gate electrode layers 511a and 511b and the conductive layer 533. As a result, parasitic capacitance generated between the gate electrode layers 511a and 511b and the conductive layer 533 can be reduced.

도 15a는 발광 장치의 평면도이며, 도 15a에 도시된 일점 쇄선 V4-W4, V5-W5, 및 V6-W6에서 절단한 부분의 단면이 도 15b에 상당한다. 또한, 도 15a의 평면도에서는 전계 발광층(542) 및 제 2 전극층(543)을 생략하고 도시하지 않았다.FIG. 15A is a plan view of the light emitting device, and a cross section of a portion cut in dashed-dotted lines V4-W4, V5-W5, and V6-W6 shown in FIG. 15A corresponds to FIG. 15B. In the plan view of FIG. 15A, the electroluminescent layer 542 and the second electrode layer 543 are not illustrated.

도 15a 및 도 15b에 도시된 발광 장치는 하지막으로서 기능하는 보호 절연막(550)이 제공된 유리 기판(500) 위에 트랜지스터(1510), 용량 소자(1520), 배선층 교차부(1530)를 가지고 있으며, 트랜지스터(1510)는 발광 소자(540)에 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 도 15a 및 도 15b는 유리 기판(500)을 통과하여 발광 소자(540)로부터의 빛을 추출하는 하면 사출형 구조의 발광 장치를 도시한 것이다.15A and 15B have a transistor 1510, a capacitor 1520, and a wiring layer intersection 1530 on a glass substrate 500 provided with a protective insulating film 550 functioning as an underlayer, The transistor 1510 is electrically connected to the light emitting element 540. 15A and 15B illustrate a light emitting device having a bottom emission type structure that extracts light from the light emitting element 540 through the glass substrate 500.

보호 절연막(550)에는 질화물 절연막을 사용할 수 있다. 예를 들어, 질화 실리콘막, 질화산화 실리콘막 등을 들 수 있다. 보호 절연막(550)은 단층 구조이든 적층 구조이든 어느 쪽이라도 좋다. 본 실시형태에서는 보호 절연막(550)으로서 질화 실리콘막을 사용한다.A nitride insulating film may be used for the protective insulating film 550. For example, a silicon nitride film, a silicon nitride oxide film, etc. are mentioned. The protective insulating film 550 may be either a single layer structure or a laminated structure. In this embodiment, a silicon nitride film is used as the protective insulating film 550.

트랜지스터(1510)로서는 실시형태 1 내지 실시형태 6 중 어느 형태에서 제시한 트랜지스터를 적용할 수 있다. 본 실시형태에서는 실시형태 6에서 제시한 트랜지스터(1420)와 같은 구조를 갖는 트랜지스터를 적용한 예를 제시한다. 트랜지스터(1510)는 산화물 반도체막 위에 채널 보호막으로서 기능하는 절연층이 제공된 하부 게이트 구조의 스태거형 트랜지스터이다.As the transistor 1510, the transistor described in any of Embodiments 1 to 6 can be used. In this embodiment, an example in which a transistor having the same structure as that of the transistor 1420 shown in Embodiment 6 is applied. The transistor 1510 is a staggered transistor of a bottom gate structure provided with an insulating layer serving as a channel protective film over the oxide semiconductor film.

트랜지스터(1510)는 게이트 전극층(511a, 511b), 게이트 절연막(592), 산화물 반도체막(512), 절연층(503), 소스 전극층 또는 드레인 전극층으로서 기능하는 도전층(513a, 513b)을 포함한다.The transistor 1510 includes gate electrode layers 511a and 511b, a gate insulating film 592, an oxide semiconductor film 512, an insulating layer 503, and conductive layers 513a and 513b that function as source or drain electrode layers. .

트랜지스터(1510)는 채널 보호막으로서 기능하는 절연층(503)이 적어도 게이트 전극층(511a, 511b)과 중첩되는 산화물 반도체막(512)의 채널 형성 영역 위를 포함한 산화물 반도체막(512) 위에 제공되어 있으며, 또한 산화물 반도체막(512)에 도달하고 소스 전극층 또는 드레인 전극층으로서 기능하는 도전층(513a, 513b)이 내벽을 덮도록 형성된 개구를 갖는다.The transistor 1510 is provided over the oxide semiconductor film 512 including an insulating layer 503 serving as a channel protective film over the channel formation region of the oxide semiconductor film 512 overlapping at least the gate electrode layers 511a and 511b. Further, the conductive layers 513a and 513b that reach the oxide semiconductor film 512 and function as the source electrode layer or the drain electrode layer have an opening formed to cover the inner wall.

트랜지스터(1510)는 보호 절연막(550)으로 덮인 유리 기판(500) 위에 제공되어 있어, 유리 기판(500)에 함유되는 제 2 금속 원소로 인한 오염으로부터 보호되고 있다. 따라서, 트랜지스터(1510)의 게이트 전극층(511a, 511b)과 게이트 절연막(592) 사이의 계면에 있어서, 유리 기판(500)에 함유되는 제 2 금속 원소의 농도를 5×1018atoms/cm3 이하(바람직하게는 1×1018atoms/cm3 이하)로 할 수 있다.The transistor 1510 is provided on the glass substrate 500 covered with the protective insulating film 550, and is protected from contamination due to the second metal element included in the glass substrate 500. Therefore, at the interface between the gate electrode layers 511a and 511b of the transistor 1510 and the gate insulating film 592, the concentration of the second metal element contained in the glass substrate 500 is 5 × 10 18 atoms / cm 3 or less. (Preferably 1 * 10 <18> atoms / cm <3> or less).

따라서, 도 15a 및 도 15b에 도시된 본 실시형태의 산화물 반도체막(512)을 사용한 안정된 전기 특성을 갖는 트랜지스터(1510)를 포함한 반도체 장치로서 신뢰성이 높은 반도체 장치를 제공할 수 있다. 또한, 이러한 신뢰성이 높은 반도체 장치를 고수율로 제작하여 고생산성화를 달성할 수 있다.Therefore, a highly reliable semiconductor device can be provided as a semiconductor device including the transistor 1510 having stable electrical characteristics using the oxide semiconductor film 512 of this embodiment shown in Figs. 15A and 15B. In addition, high productivity can be achieved by fabricating such a highly reliable semiconductor device with high yield.

용량 소자(1520)는 도전층(521a, 521b), 게이트 절연막(592), 산화물 반도체막(522), 도전층(523)을 포함하며, 도전층(521a, 521b)과 도전층(523)이 게이트 절연막(592) 및 산화물 반도체막(522)을 끼운 구성으로 함으로써 용량을 형성한다.The capacitor 1520 includes conductive layers 521a and 521b, a gate insulating film 592, an oxide semiconductor film 522, and a conductive layer 523, and the conductive layers 521a and 521b and the conductive layer 523 are formed. The capacitor is formed by sandwiching the gate insulating film 592 and the oxide semiconductor film 522.

배선층 교차부(1530)는 게이트 전극층(511a, 511b)과 도전층(533)의 교차부이며, 게이트 전극층(511a, 511b)과 도전층(533)은 게이트 절연막(592) 및 절연층(503)을 사이에 두고 교차한다. 실시형태 3에서 제시한 구조로 하면, 배선층 교차부(1530)는 게이트 전극층(511a, 511b)과 도전층(533) 사이에 게이트 절연막(592)뿐만 아니라 절연층(503)도 배치할 수 있기 때문에, 게이트 전극층(511a, 511b)과 도전층(533) 사이에 발생하는 기생 용량을 저감시킬 수 있다.The wiring layer intersection 1530 is an intersection of the gate electrode layers 511a and 511b and the conductive layer 533, and the gate electrode layers 511a and 511b and the conductive layer 533 are the gate insulating film 592 and the insulating layer 503. Intersect with. In the structure shown in Embodiment 3, since the wiring layer crossing portion 1530 can arrange not only the gate insulating film 592 but also the insulating layer 503 between the gate electrode layers 511a and 511b and the conductive layer 533. The parasitic capacitance generated between the gate electrode layers 511a and 511b and the conductive layer 533 can be reduced.

본 실시형태에서는 게이트 전극층(511a) 및 도전층(521a)으로서 막 두께 30nm의 티타늄막을 사용하고, 게이트 전극층(511b) 및 도전층(521b)으로서 막 두께 200nm의 구리 박막을 사용한다. 따라서, 게이트 전극층은 티타늄막과 구리 박막의 적층 구조가 된다.In this embodiment, a titanium film having a thickness of 30 nm is used as the gate electrode layer 511a and the conductive layer 521a, and a copper thin film having a thickness of 200 nm is used as the gate electrode layer 511b and the conductive layer 521b. Therefore, the gate electrode layer has a laminated structure of a titanium film and a copper thin film.

산화물 반도체막(512, 522)으로서는 막 두께 25nm의 IGZO막을 사용한다.As the oxide semiconductor films 512 and 522, an IGZO film having a thickness of 25 nm is used.

트랜지스터(510, 1510), 용량 소자(520, 1520), 및 배선층 교차부(530, 1530) 위에는 층간 절연막(504)이 형성되고, 층간 절연막(504) 위에 발광 소자(540)와 중첩되는 영역에 컬러 필터층(505)이 제공되어 있다. 층간 절연막(504) 및 컬러 필터층(505) 위에는 평탄화 절연막으로서 기능하는 절연막(506)이 제공되어 있다.An interlayer insulating film 504 is formed on the transistors 510 and 1510, the capacitors 520 and 1520, and the wiring layer intersections 530 and 1530, and is formed in the region overlapping the light emitting device 540 on the interlayer insulating film 504. A color filter layer 505 is provided. On the interlayer insulating film 504 and the color filter layer 505, an insulating film 506 serving as a planarization insulating film is provided.

절연막(506) 위에 제 1 전극층(541), 전계 발광층(542), 제 2 전극층(543)의 순서로 적층한 적층 구조를 포함한 발광 소자(540)가 제공되어 있다. 발광 소자(540)와 트랜지스터(510) 또는 트랜지스터(1510)는 도전층(513a)에 도달하는 절연막(506) 및 층간 절연막(504)에 형성된 개구에서 제 1 전극층(541) 및 도전층(513a)과 접촉함으로써 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 제 1 전극층(541)의 일부 및 상기 개구를 덮도록 격벽(507)이 제공되어 있다.A light emitting device 540 including a stacked structure in which the first electrode layer 541, the electroluminescent layer 542, and the second electrode layer 543 are stacked on the insulating film 506 is provided. The light emitting element 540 and the transistor 510 or the transistor 1510 have the first electrode layer 541 and the conductive layer 513a at the opening formed in the insulating film 506 and the interlayer insulating film 504 reaching the conductive layer 513a. It is electrically connected by contacting. In addition, a partition 507 is provided to cover a portion of the first electrode layer 541 and the opening.

층간 절연막(504)에는 플라즈마 CVD법으로 형성된 막 두께 200nm 이상 600nm 이하의 산화질화 실리콘막을 사용할 수 있다. 또한, 절연막(506)에는 막 두께 1500nm의 감광성 아크릴막, 격벽(507)에는 막 두께 1500nm의 감광성 폴리이미드막을 사용할 수 있다.As the interlayer insulating film 504, a silicon oxynitride film having a thickness of 200 nm or more and 600 nm or less formed by plasma CVD can be used. As the insulating film 506, a photosensitive acrylic film having a film thickness of 1500 nm and a photosensitive polyimide film having a film thickness of 1500 nm can be used for the partition wall 507.

컬러 필터층(505)으로서는 예를 들어 유채색의 투광성 수지를 사용할 수 있다. 유채색의 투광성 수지로서는 감광성, 비감광성의 유기 수지를 사용할 수 있지만, 감광성의 유기 수지층을 사용하면, 레지스트 마스크 수를 삭감할 수 있어 공정이 간략화되기 때문에 바람직하다.As the color filter layer 505, for example, colored light transmitting resin can be used. Photochromic and non-photosensitive organic resins can be used as the colored light-transmissive resin. However, when the photosensitive organic resin layer is used, the number of resist masks can be reduced and the process is simplified.

유채색은 흑색, 회색, 백색 등의 무채색을 제외한 색이며, 컬러 필터층은 착색된 유채색의 빛만을 투과하는 재료로 형성된다. 유채색으로서는 적색, 녹색, 청색 등을 사용할 수 있다. 또한, 시안, 마젠타, 황색 등을 사용하여도 좋다. '착색된 유채색의 빛만을 투과한다'란 컬러 필터층에서의 투과광이 그 유채색의 빛의 파장에 피크를 갖는다는 것을 의미한다. 컬러 필터층의 막 두께는 포함시키는 착색 재료의 농도와 빛의 투과율의 관계를 고려하여, 최적의 막 두께가 되도록 적절히 제어하면 좋다. 예를 들어, 컬러 필터층(505)의 막 두께는 1500nm 이상 2000nm 이하로 하면 좋다.The chromatic color is a color except for achromatic colors such as black, gray, and white, and the color filter layer is formed of a material that transmits only colored chromatic light. Red, green, blue, etc. can be used as a chromatic color. Cyan, magenta, yellow, or the like may also be used. "Transmitting only colored pigmented light" means that the transmitted light in the color filter layer has a peak at the wavelength of the colored light. What is necessary is just to control the film thickness of a color filter layer suitably so that it may become an optimal film thickness in consideration of the relationship between the density | concentration of the coloring material to be included, and light transmittance. For example, the thickness of the color filter layer 505 may be 1500 nm or more and 2000 nm or less.

도 7b 및 도 16b에 도시된 발광 장치에서는 표시 소자인 발광 소자(4513)는 화소부(4002)에 제공된 트랜지스터(4010) 또는 트랜지스터(4040)와 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 발광 소자(4513)의 구성은 도면에 도시된 바와 같은 제 1 전극층(4030), 전계 발광층(4511), 제 2 전극층(4031)이 적층된 구조에 한정되지 않는다. 발광 소자(4513)로부터 추출하는 빛의 방향 등에 맞추어 발광 소자(4513)의 구성은 적절히 바꿀 수 있다.In the light emitting devices shown in FIGS. 7B and 16B, the light emitting element 4513, which is a display element, is electrically connected to the transistor 4010 or the transistor 4040 provided in the pixel portion 4002. The configuration of the light emitting element 4513 is not limited to a structure in which the first electrode layer 4030, the electroluminescent layer 4511, and the second electrode layer 4031 are stacked as shown in the drawing. The configuration of the light emitting element 4513 can be appropriately changed in accordance with the direction of light to be extracted from the light emitting element 4513.

격벽(4510, 507)은 유기 절연 재료, 또는 무기 절연 재료를 사용하여 형성한다. 특히 감광성의 수지 재료를 사용하여 격벽을 형성하고, 제 1 전극층(4030, 541) 위에 개구부를 형성하고, 그 개구부의 측벽이 연속된 곡률을 갖는 경사면이 되도록 형성하는 것이 바람직하다.The partitions 4510 and 507 are formed using an organic insulating material or an inorganic insulating material. In particular, it is preferable to form partition walls using a photosensitive resin material, to form openings on the first electrode layers 4030 and 541, and to form sidewalls of the openings so as to be inclined surfaces having a continuous curvature.

전계 발광층(4511, 542)은 단일의 층으로 구성되어도 좋고, 복수의 층이 적층되도록 구성되어도 좋다.The electroluminescent layers 4511 and 542 may be constituted by a single layer or may be configured so that a plurality of layers are stacked.

발광 소자(4513, 540)에 산소, 수소, 수분, 이산화탄소 등이 침입되지 않도록 제 2 전극층(4031, 543) 및 격벽(4510, 507) 위에 보호막을 형성하여도 좋다. 보호막으로서는 질화 실리콘막, 질화산화 실리콘막, DLC막 등을 형성할 수 있다.A protective film may be formed on the second electrode layers 4031 and 543 and the partitions 4510 and 507 to prevent oxygen, hydrogen, moisture, carbon dioxide, or the like from penetrating into the light emitting elements 4513 and 540. As the protective film, a silicon nitride film, a silicon nitride oxide film, a DLC film, or the like can be formed.

또한, 발광 소자(4513, 540)에 산소, 수소, 수분, 이산화탄소 등이 침입되지 않도록 발광 소자(4513, 540)를 덮는 유기 화합물을 함유한 층을 증착법에 의해 형성하여도 좋다.In addition, a layer containing an organic compound covering the light emitting elements 4513 and 540 may be formed by a vapor deposition method so that oxygen, hydrogen, moisture, carbon dioxide, or the like does not enter the light emitting elements 4513 and 540.

또한, 유리 기판(4001), 기판(4006), 및 씰재(4005)에 의해 봉지된 공간에는 충전재(4514)가 형성되어 밀봉되어 있다. 이와 같이 외기에 노출되지 않도록 기밀성이 높고, 탈가스가 적은 보호 필름(접합 필름, 자외선 경화 수지 필름 등)이나 커버재로 발광 소자(4513)를 패키징(밀봉)하는 것이 바람직하다.In addition, a filler 4414 is formed and sealed in the space sealed by the glass substrate 4001, the substrate 4006, and the seal member 4005. Thus, it is preferable to package (seal) the light emitting element 4513 with a protective film (bonding film, an ultraviolet curable resin film, etc.) or a cover material with high airtightness and few degassing so that it is not exposed to external air.

충전재(4514)로서는 질소나 아르곤 등의 불활성의 기체 외에, 자외선 경화 수지 또는 열 경화 수지를 이용할 수 있고, PVC(폴리비닐클로라이드), 아크릴 수지, 폴리이미드 수지, 에폭시 수지, 실리콘(silicone) 수지, PVB(폴리비닐부티랄), 또는 EVA(에틸렌 비닐 아세테이트)를 사용할 수 있다. 예를 들어, 충전재로서 질소를 사용하면 좋다.As the filler 4514, in addition to an inert gas such as nitrogen or argon, an ultraviolet curable resin or a thermosetting resin can be used, and PVC (polyvinyl chloride), acrylic resin, polyimide resin, epoxy resin, silicone resin, PVB (polyvinyl butyral), or EVA (ethylene vinyl acetate) can be used. For example, nitrogen may be used as a filler.

또한, 필요하다면, 발광 소자의 사출면에 편광판, 또는 원형 편광판(타원 편광판을 포함함), 위상차판(λ/4 파장판, λ/2 파장판), 컬러 필터 등의 광학 필름을 적절히 제공하여도 좋다. 또한, 편광판 또는 원 편광판에 반사 방지막을 제공하여도 좋다. 예를 들어, 표면의 요철에 따라 반사광을 확산시켜 눈부심을 저감할 수 있는 눈부심 방지(anti-glare) 처리를 수행할 수 있다.In addition, if necessary, an optical film such as a polarizing plate or a circular polarizing plate (including an elliptical polarizing plate), a retardation plate (λ / 4 wave plate, a λ / 2 wave plate), and a color filter may be appropriately provided on the emitting surface of the light emitting element. Also good. In addition, an anti-reflection film may be provided on the polarizing plate or the circular polarizing plate. For example, anti-glare treatment may be performed to diffuse reflected light according to unevenness of the surface to reduce glare.

또한, 표시 장치로서 전자 잉크를 구동시키는 전자 종이를 제공하는 것도 가능하다. 전자 종이는 전기 영동 표시 장치(전기 영동 디스플레이)라고도 불리고, 종이와 같이 읽을 수 있다는 장점, 다른 표시 장치와 비교하여 소비 전력이 낮고, 얇고 가벼운 형상으로 할 수 있다는 장점을 갖는다.It is also possible to provide an electronic paper for driving the electronic ink as the display device. Electronic paper is also called an electrophoretic display (electrophoretic display), has the advantage of being able to read like a paper, and has the advantage of low power consumption, thin and light shape compared to other display devices.

전기 영동 표시 장치로서는 다양한 형태를 생각할 수 있지만, 양(plus)의 전하를 갖는 제 1 입자와, 음(minus)의 전하를 갖는 제 2 입자를 포함하는 마이크로 캡슐이 용매 또는 용질에 복수 분산된 것이며, 마이크로 캡슐에 전계를 인가함으로써, 마이크로 캡슐 중의 입자를 서로 반대 방향으로 이동시켜 한쪽에 집합한 입자의 색만을 표시하는 것이다. 제 1 입자 또는 제 2 입자는 염료를 포함하고, 전계가 없는 경우에는 이동하지 않는다. 또한, 제 1 입자의 색과 제 2 입자의 색은 상이한 색(무색을 포함함)으로 한다.As an electrophoretic display device, various forms can be considered, but a plurality of microcapsules containing a first particle having a positive charge and a second particle having a negative charge are dispersed in a solvent or a solute. By applying an electric field to the microcapsules, the particles in the microcapsules are moved in opposite directions to display only the color of the particles collected on one side. The first particle or the second particle contains a dye and does not move when there is no electric field. In addition, the color of a 1st particle | grain and the color of a 2nd particle shall be different colors (including colorlessness).

이와 같이, 전기 영동 표시 장치는 유전상수가 높은 물질이 높은 전계 영역으로 이동하는, 소위 유전 영동적 효과를 이용한 디스플레이이다.As such, the electrophoretic display is a display using a so-called dielectric electrophoretic effect, in which a material having a high dielectric constant moves to a high electric field region.

상기 마이크로 캡슐을 용매 중에 분산시킨 것이 전자 잉크라고 불리는 것이며, 이 전자 잉크는 유리, 플라스틱, 직물, 종이 등의 표면에 인쇄할 수 있다. 또한, 컬러 필터나 색소를 갖는 입자를 사용함으로써 컬러 표시도 가능하다.The dispersion of the microcapsules in a solvent is called an electronic ink, which can be printed on the surface of glass, plastic, fabric, paper, and the like. Moreover, color display is also possible by using the particle | grains which have a color filter or a pigment | dye.

마이크로 캡슐 내의 제 1 입자 및 제 2 입자로서는 도전체 재료, 절연체 재료, 반도체 재료, 자성 재료, 액정 재료, 강유전성 재료, 일렉트로루미네선스 재료, 일렉트로크로믹 재료, 자기 영동 재료 중에서 선택된 한 종류의 재료, 또는 이들을 복합한 재료를 사용하여 형성하면 좋다.As the first particles and the second particles in the microcapsules, one kind of material selected from a conductor material, an insulator material, a semiconductor material, a magnetic material, a liquid crystal material, a ferroelectric material, an electroluminescent material, an electrochromic material, and a magnetophoretic material What is necessary is just to form using the material which mixed these.

또한, 전자 종이로서 트위스트 볼 표시 방식을 이용하는 표시 장치도 적용할 수 있다. 트위스트 볼 표시 방식은 백색과 흑색으로 각각 채색된 구형 입자를 표시 소자에 사용하는 전극층인 제 1 전극층과 제 2 전극층 사이에 배치하고, 제 1 전극층과 제 2 전극층 사이에 전위차를 발생시켜 구형 입자의 방향을 제어함으로써, 표시를 수행하는 방법이다.Moreover, the display apparatus which uses the twist ball display system as an electronic paper is also applicable. The twisted ball display method is arranged between the first electrode layer and the second electrode layer, which are electrode layers used for display elements, of the spherical particles colored in white and black, respectively, and generates a potential difference between the first electrode layer and the second electrode layer to produce spherical particles. By controlling the direction, the display is performed.

또한, 도 5a 내지 도 7b, 도 15a 내지 도 16b에 있어서, 유리 기판(4001, 500), 기판(4006)으로서는 유리 기판 외에, 가요성을 갖는 기판도 이용할 수 있고, 예를 들어 투광성을 갖는 플라스틱 기판 등을 이용할 수 있다. 플라스틱으로서는 FRP(Fiberglass-Reinforced Plastics)판, PVF(폴리비닐 플루오라이드) 필름, 폴리에스테르 필름 또는 아크릴 수지 필름을 사용할 수 있다. 또한, 투광성이 필요하지 않으면, 알루미늄이나 스테인레스 등의 금속 기판(금속 필름)을 사용하여도 좋다. 예를 들어, 알루미늄 포일을 PVF 필름이나 폴리에스테르 필름 사이에 개재한 구조의 시트를 사용할 수도 있다.In addition, in FIGS. 5A-7B and 15A-16B, as a glass substrate 4001 and 500 and the board | substrate 4006, the board | substrate which has flexibility can also be used, for example, the plastic which has transparency Substrates and the like can be used. As the plastic, a fiberglass-reinforced plastics (FRP) plate, a polyvinyl fluoride (PVF) film, a polyester film or an acrylic resin film can be used. If light transmittance is not required, a metal substrate (metal film) such as aluminum or stainless steel may be used. For example, the sheet | seat of the structure which interposed aluminum foil between PVF film or a polyester film can also be used.

본 실시형태에서는 절연막(4020)으로서 산화 알루미늄막을 사용한다. 절연막(4020)은 스퍼터링법이나 플라즈마 CVD법에 의해 형성할 수 있다.In this embodiment, an aluminum oxide film is used as the insulating film 4020. The insulating film 4020 can be formed by sputtering or plasma CVD.

산화물 반도체막 위에 절연막(4020)으로서 형성된 산화 알루미늄막은 수소, 수분 등의 불순물, 및 산소의 양쪽 모두에 대해 막을 투과시키지 않도록 차단하는 효과(블록 효과)가 높다.The aluminum oxide film formed as the insulating film 4020 on the oxide semiconductor film has a high blocking effect (block effect) to prevent the film from permeating to both impurities such as hydrogen and moisture and oxygen.

따라서, 산화 알루미늄막은 제작 공정 중 및 제작 후에 있어서, 전기적 특성의 변동 요인이 되는 수소, 수분 등의 불순물이 산화물 반도체막으로 혼입되는 것이나 산화물 반도체를 구성하는 주성분 재료인 산소가 산화물 반도체막으로부터 방출되는 것을 방지하는 보호막으로서 기능한다.Therefore, in the aluminum oxide film, impurities such as hydrogen and water, which are factors of variation in electrical characteristics, are mixed into the oxide semiconductor film during the fabrication process and after the fabrication, and oxygen, which is a main component material constituting the oxide semiconductor, is released from the oxide semiconductor film. It functions as a protective film that prevents the damage.

또한, 평탄화 절연막으로서 기능하는 절연막(4021, 506)으로서는 아크릴 수지, 폴리이미드 수지, 벤조사이클로부텐계 수지, 폴리아미드 수지, 에폭시 수지 등 내열성을 갖는 유기 재료를 사용할 수 있다. 또한, 상기 유기 재료 이외에, 저유전율 재료(low-k 재료), 실록산계 수지, PSG(인 유리), BPSG(인 붕소 유리) 등을 사용할 수 있다. 또한, 이들 재료로 형성되는 복수의 절연막을 적층시킴으로써, 절연막을 형성하여도 좋다.As the insulating films 4021 and 506 functioning as planarization insulating films, organic materials having heat resistance such as acrylic resins, polyimide resins, benzocyclobutene resins, polyamide resins, epoxy resins and the like can be used. In addition to the above organic materials, a low dielectric constant material (low-k material), siloxane-based resin, PSG (phosphorous glass), BPSG (boron glass) and the like can be used. In addition, the insulating film may be formed by stacking a plurality of insulating films formed of these materials.

절연막(4021, 506)의 형성법은 특별히 한정되지 않고 그 재료에 따라 스퍼터링법, 스핀 코팅법, 딥법, 스프레이 도포법, 액적 토출법(잉크젯법 등), 인쇄법(스크린 인쇄, 오프셋 인쇄 등), 닥터 나이프, 롤 코터, 커튼 코터, 나이프 코터 등을 이용할 수 있다.The method of forming the insulating films 4021 and 506 is not particularly limited, and depending on the material, the sputtering method, the spin coating method, the dip method, the spray coating method, the droplet ejection method (inkjet method, etc.), the printing method (screen printing, offset printing, etc.), Doctor knife, roll coater, curtain coater, knife coater and the like can be used.

표시 장치는 광원 또는 표시 소자로부터의 빛을 투과시켜 표시를 수행한다. 따라서, 빛이 투과하는 화소부에 형성되는 기판, 절연막, 도전막 등의 박막은 모두 가시광의 파장 영역의 빛을 투과하는 투광성으로 한다.The display device transmits light from a light source or a display element to perform display. Therefore, all the thin films, such as a board | substrate, an insulating film, and a conductive film which are formed in the pixel part through which light permeate | transmits, shall be translucent to permeate | transmit the light of the wavelength range of visible light.

표시 소자에 전압을 인가하는 제 1 전극층 및 제 2 전극층(화소 전극층, 공통 전극층, 대향 전극층 등이라고도 함)에 있어서는 추출하는 빛의 방향, 전극층이 제공되는 장소, 및 전극층의 패턴 구조에 따라 투광성이나 반사성을 선택하면 좋다.In the first electrode layer and the second electrode layer (also referred to as a pixel electrode layer, a common electrode layer, a counter electrode layer, etc.) for applying a voltage to the display element, the light transmittance may vary depending on the direction of light to be extracted, the place where the electrode layer is provided, and the pattern structure of the electrode layer. It is good to select reflectivity.

제 1 전극층(4030, 541), 제 2 전극층(4031, 543)은 산화 텅스텐을 함유한 인듐 산화물, 산화 텅스텐을 함유한 인듐 아연 산화물, 산화 티타늄을 함유한 인듐 산화물, 산화 티타늄을 함유한 인듐 주석 산화물, 인듐 주석 산화물, 인듐 아연 산화물, 산화 실리콘을 첨가한 인듐 주석 산화물, 그래핀 등의 투광성을 갖는 도전성 재료를 사용할 수 있다.The first electrode layers 4030 and 541 and the second electrode layers 4031 and 543 are indium oxide containing tungsten oxide, indium zinc oxide containing tungsten oxide, indium oxide containing titanium oxide and indium tin oxide containing titanium oxide. Conductive materials having light transmissivity, such as oxides, indium tin oxides, indium zinc oxides, and indium tin oxides added with silicon oxide and graphene, can be used.

또한, 제 1 전극층(4030, 541), 제 2 전극층(4031, 543)은 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 바나듐(V), 니오븀(Nb), 탄탈(Ta), 크롬(Cr), 코발트(Co), 니켈(Ni), 티타늄(Ti), 백금(Pt), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag) 등의 금속, 또는 이들의 합금, 또는 이 금속 질화물 중에서 한 종류 또는 복수 종류를 사용하여 형성할 수 있다.In addition, the first electrode layers 4030 and 541 and the second electrode layers 4031 and 543 may include tungsten (W), molybdenum (Mo), zirconium (Zr), hafnium (Hf), vanadium (V), niobium (Nb), Metals such as tantalum (Ta), chromium (Cr), cobalt (Co), nickel (Ni), titanium (Ti), platinum (Pt), aluminum (Al), copper (Cu), silver (Ag), or these It can be formed using one kind or plural kinds of alloys of these or these metal nitrides.

본 실시형태에서는 도 6a, 도 6b, 도 15a, 및 도 15b에 도시된 발광 장치는 하면 사출형이기 때문에, 제 1 전극층(541)은 투광성, 제 2 전극층(543)은 반사성을 갖는다. 따라서, 제 1 전극층(541)에 금속막을 사용하는 경우에는 투광성을 유지할 수 있는 정도로 막 두께를 얇게 하고, 제 2 전극층(543)에 투광성을 갖는 도전막을 사용하는 경우에는 반사성을 갖는 도전막을 적층하면 좋다.In the present embodiment, since the light emitting devices shown in Figs. 6A, 6B, 15A, and 15B are bottom injection type, the first electrode layer 541 is transparent and the second electrode layer 543 is reflective. Therefore, when the metal film is used for the first electrode layer 541, the film thickness is made thin enough to maintain the light transmittance, and when the conductive film having the light transmissivity is used for the second electrode layer 543, the reflective conductive film is laminated. good.

또한, 제 1 전극층(4030, 541), 제 2 전극층(4031, 543)으로서, 도전성 고분자(도전성 중합체라고도 함)를 함유한 도전성 조성물을 사용하여 형성할 수 있다. 도전성 고분자로서는 소위 π전자 공액계 도전성 고분자를 사용할 수 있다. 예를 들어, 폴리아닐린 또는 그 유도체, 폴리피롤 또는 그 유도체, 폴리티오펜 또는 그 유도체, 또는 아닐린, 피롤, 및 티오펜 중 2종 이상으로 이루어진 공중합체 또는 그 유도체 등을 들 수 있다.The first electrode layers 4030 and 541 and the second electrode layers 4031 and 543 can be formed using a conductive composition containing a conductive polymer (also called a conductive polymer). As the conductive polymer, a so-called π-electron conjugated conductive polymer can be used. For example, polyaniline or derivatives thereof, polypyrrole or derivatives thereof, polythiophene or derivatives thereof, or a copolymer consisting of two or more of aniline, pyrrole and thiophene or derivatives thereof and the like can be given.

또한, 트랜지스터는 정전기 등으로 인하여 파괴되기 쉽기 때문에, 구동 회로를 보호하기 위한 보호 회로를 설치하는 것이 바람직하다. 보호 회로는 비선형 소자를 사용하여 구성하는 것이 바람직하다.In addition, since the transistor is easily broken due to static electricity or the like, it is preferable to provide a protection circuit for protecting the driving circuit. It is preferable to comprise a protection circuit using a nonlinear element.

상술한 바와 같이 실시형태 1 내지 실시형태 6 중 어느 형태에서 제시한 트랜지스터를 적용함으로써, 다양한 기능을 갖는 반도체 장치를 제공할 수 있다.As described above, the semiconductor device having various functions can be provided by applying the transistors described in any one of the first to sixth embodiments.

본 실시형태에서 제시한 구성이나 방법 등은 다른 실시형태에서 제시하는 구성이나 방법 등과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.The structure, method, etc. which were shown in this embodiment can be used suitably in combination with the structure, method, etc. which are shown in another embodiment.

(실시형태 8)(Embodiment 8)

실시형태 1 내지 실시형태 6 중 어느 형태에서 제시한 트랜지스터를 사용하여 대상물의 정보를 판독하는 이미지 센서 기능을 갖는 반도체 장치를 제작할 수 있다.The semiconductor device which has an image sensor function which reads the information of a target object can be manufactured using the transistor shown in any one of Embodiment 1-6.

도 8a, 도 8b, 도 17a, 및 도 17b에, 이미지 센서 기능을 갖는 반도체 장치의 일례를 도시하였다. 도 8a 및 도 17a는 포토 센서의 등가 회로이고, 도 8b 및 도 17b는 포토 센서의 일부를 도시한 단면도이다.8A, 8B, 17A, and 17B show an example of a semiconductor device having an image sensor function. 8A and 17A are equivalent circuits of the photo sensor, and FIGS. 8B and 17B are sectional views showing a part of the photo sensor.

포토다이오드(602)는 한쪽 전극이 포토다이오드 리셋 신호선(658)에 접속되고, 다른 쪽 전극이 트랜지스터(640) 또는 트랜지스터(1640)의 게이트에 전기적으로 접속되어 있다. 트랜지스터(640) 또는 트랜지스터(1640)는 소스 및 드레인 중 하나가 포토 센서 기준 신호선(672)에 전기적으로 접속되고, 소스 및 드레인 중 다른 하나가 트랜지스터(656) 또는 트랜지스터(1656)의 소스 및 드레인 중 하나에 전기적으로 접속되어 있다. 트랜지스터(656) 또는 트랜지스터(1656)는 게이트가 게이트 신호선(659)에 전기적으로 접속되고, 소스 및 드레인 중 다른 하나가 포토 센서 출력 신호선(671)에 전기적으로 접속되어 있다.In the photodiode 602, one electrode is connected to the photodiode reset signal line 658, and the other electrode is electrically connected to the transistor 640 or the gate of the transistor 1640. The transistor 640 or the transistor 1640 has one of a source and a drain electrically connected to the photo sensor reference signal line 672, and the other of the source and the drain is one of the source and the drain of the transistor 656 or the transistor 1656. It is electrically connected to one. The transistor 656 or transistor 1656 has a gate electrically connected to the gate signal line 659, and the other of the source and the drain is electrically connected to the photo sensor output signal line 671.

또한, 본 명세서에서의 회로도에서, 산화물 반도체막을 사용하는 트랜지스터로 명확하게 판명할 수 있도록, 산화물 반도체막을 사용하는 트랜지스터의 기호에는 'OS'라고 기재하였다. 본 실시형태에 있어서, 트랜지스터(640), 트랜지스터(656), 트랜지스터(1640), 트랜지스터(1656)는 실시형태 1 내지 실시형태 6 중 어느 형태에서 제시한 트랜지스터를 적용할 수 있으며, 산화물 반도체막을 사용하는 트랜지스터이다. 도 8a 및 도 8b에서는 실시형태 2에서 제시한 트랜지스터(430)와 같은 구조를 갖는 트랜지스터를 적용한 예를 도시하고, 도 17a 및 도 17b에서는 실시형태 5에서 제시한 트랜지스터(1430)와 같은 구조를 갖는 트랜지스터를 적용한 예를 도시하였다. 트랜지스터(640), 트랜지스터(1640)는 산화물 반도체막 위에 채널 보호막으로서 기능하는 절연층이 제공된 하부 게이트 구조의 스태거형 트랜지스터이다.In the circuit diagram of the present specification, the symbol of the transistor using the oxide semiconductor film is described as 'OS' so that the transistor can be clearly identified as a transistor using the oxide semiconductor film. In the present embodiment, the transistors 640, 656, 1640, and 1656 can use the transistors described in any one of the first to sixth embodiments, and an oxide semiconductor film is used. It is a transistor. 8A and 8B show an example in which a transistor having the same structure as the transistor 430 shown in Embodiment 2 is applied, and FIGS. 17A and 17B have the same structure as the transistor 1430 shown in Embodiment 5. An example in which a transistor is applied is shown. The transistors 640 and 1640 are staggered transistors of a lower gate structure provided with an insulating layer serving as a channel protective film on the oxide semiconductor film.

도 8b는 포토센서에 포함되는 포토다이오드(602) 및 트랜지스터(640)의 단면도이며, 유리 기판(601) 위에 센서로서 기능하는 포토다이오드(602) 및 트랜지스터(640)가 제공되어 있다. 포토다이오드(602), 트랜지스터(640) 위에는 접착층(608)을 사용하여 기판(613)이 제공되어 있다.FIG. 8B is a cross-sectional view of the photodiode 602 and the transistor 640 included in the photosensor, and the photodiode 602 and the transistor 640 are provided on the glass substrate 601 as a sensor. The substrate 613 is provided on the photodiode 602 and the transistor 640 by using an adhesive layer 608.

트랜지스터(640)의 게이트 전극층은 제 1 게이트 절연막(636)으로 덮여 있으며, 제 1 게이트 절연막(636)에는 박막의 질화물 절연막을 사용할 수 있다. 예를 들어, 질화 실리콘막, 질화산화 실리콘막 등을 들 수 있다. 제 1 게이트 절연막(636)의 막 두께는 얇게 할 수 있으며, 30nm 이상 50nm 이하로 할 수 있다. 제 1 게이트 절연막(636)은 단층 구조이든 적층 구조이든 어느 쪽이라도 좋다. 본 실시형태에서는 제 1 게이트 절연막(636)으로서 질화 실리콘막을 사용한다.The gate electrode layer of the transistor 640 is covered with the first gate insulating layer 636, and a thin nitride insulating layer may be used for the first gate insulating layer 636. For example, a silicon nitride film, a silicon nitride oxide film, etc. are mentioned. The film thickness of the first gate insulating film 636 can be thin, and can be 30 nm or more and 50 nm or less. The first gate insulating film 636 may be either a single layer structure or a stacked structure. In this embodiment, a silicon nitride film is used as the first gate insulating film 636.

도 17b는 포토센서에 포함되는 포토다이오드(602) 및 트랜지스터(1640)의 단면도이며, 보호 절연막(646)이 제공된 유리 기판(601) 위에 센서로서 기능하는 포토다이오드(602) 및 트랜지스터(1640)가 제공되어 있다. 포토다이오드(602), 트랜지스터(1640) 위에는 접착층(608)을 이용하여 기판(613)이 제공되어 있다.FIG. 17B is a cross-sectional view of the photodiode 602 and the transistor 1640 included in the photosensor, wherein the photodiode 602 and the transistor 1640 functioning as sensors on the glass substrate 601 provided with the protective insulating film 646. It is provided. The substrate 613 is provided on the photodiode 602 and the transistor 1640 by using an adhesive layer 608.

보호 절연막(646)에는 질화물 절연막을 사용할 수 있다. 예를 들어, 질화 실리콘막, 질화산화 실리콘막 등을 들 수 있다. 보호 절연막(646)은 단층 구조이든 적층 구조이든 어느 쪽이라도 좋다. 본 실시형태에서는 보호 절연막(646)으로서 질화 실리콘막을 사용한다.A nitride insulating film can be used for the protective insulating film 646. For example, a silicon nitride film, a silicon nitride oxide film, etc. are mentioned. The protective insulating film 646 may be either a single layer structure or a laminated structure. In this embodiment, a silicon nitride film is used as the protective insulating film 646.

트랜지스터(640) 또는 트랜지스터(1640) 위에는 절연막(631), 층간 절연막(633), 층간 절연막(634)이 제공되어 있다. 포토다이오드(602)는 층간 절연막(633) 위에 제공되고, 층간 절연막(633) 위에 형성한 전극층(641a, 641b)과, 층간 절연막(634) 위에 제공된 전극층(642) 사이에, 층간 절연막(633) 측으로부터 순차적으로 제 1 반도체막(606a), 제 2 반도체막(606b), 및 제 3 반도체막(606c)을 적층한 구조를 갖는다.An insulating film 631, an interlayer insulating film 633, and an interlayer insulating film 634 are provided on the transistor 640 or the transistor 1640. The photodiode 602 is provided on the interlayer insulating film 633, and is interposed between the electrode layers 641a and 641b formed on the interlayer insulating film 633 and the electrode layer 642 provided on the interlayer insulating film 634. It has a structure which laminated | stacked the 1st semiconductor film 606a, the 2nd semiconductor film 606b, and the 3rd semiconductor film 606c sequentially from the side.

전극층(641b)은 층간 절연막(634)에 형성된 도전층(643)과 전기적으로 접속되고, 전극층(642)은 전극층(641a)을 개재하여 도전층(645)과 전기적으로 접속되어 있다. 도전층(645)은 트랜지스터(640) 또는 트랜지스터(1640)의 게이트 전극층과 전기적으로 접속되고, 포토다이오드(602)는 트랜지스터(640) 또는 트랜지스터(1640)와 전기적으로 접속되어 있다.The electrode layer 641b is electrically connected to the conductive layer 643 formed on the interlayer insulating film 634, and the electrode layer 642 is electrically connected to the conductive layer 645 via the electrode layer 641a. The conductive layer 645 is electrically connected to the transistor 640 or the gate electrode layer of the transistor 1640, and the photodiode 602 is electrically connected to the transistor 640 or the transistor 1640.

여기서는 제 1 반도체막(606a)으로서 p형의 도전형을 갖는 반도체막과, 제 2 반도체막(606b)으로서 고저항의 반도체막(I형 반도체막), 제 3 반도체막(606c)으로서 n형의 도전형을 갖는 반도체막을 적층하는 pin형 포토 다이오드를 예시한다.Here, a semiconductor film having a p-type conductivity as the first semiconductor film 606a, a high resistance semiconductor film (I-type semiconductor film) as the second semiconductor film 606b, and an n-type as the third semiconductor film 606c. An example of a pin type photodiode for laminating semiconductor films having a conductive type is given.

제 1 반도체막(606a)은 p형 반도체막이며, p형을 부여하는 불순물 원소를 함유한 비정질 실리콘막으로 형성할 수 있다. 제 1 반도체막(606a)은 13족의 불순물 원소(예를 들어 붕소(B))를 함유한 반도체 재료 가스를 사용하여 플라즈마 CVD법에 의해 형성한다. 반도체 재료 가스로서는 실란(SiH4)을 사용하면 좋다. 또는, Si2H6, SiH2Cl2, SiHCl3, SiCl4, SiF4 등을 사용하여도 좋다. 또한, 불순물 원소를 함유하지 않은 비정질 실리콘막을 형성한 후에, 확산법이나 이온 주입법을 이용하여 상기 비정질 실리콘막에 불순물 원소를 도입하여도 좋다. 이온 주입법 등에 의해 불순물 원소를 도입한 후에 가열 등을 수행함으로써, 불순물 원소를 확산시키면 좋다. 이 경우에 비정질 실리콘막을 형성하는 방법으로서는 LPCVD법, 기상 성장법, 또는 스퍼터링법 등을 이용하면 좋다. 제 1 반도체막(606a)은 막 두께가 10nm 이상 50nm 이하가 되도록 형성하는 것이 바람직하다.The first semiconductor film 606a is a p-type semiconductor film and can be formed of an amorphous silicon film containing an impurity element imparting a p-type. The first semiconductor film 606a is formed by a plasma CVD method using a semiconductor material gas containing a group 13 impurity element (for example, boron (B)). As the semiconductor material gas, silane (SiH 4 ) may be used. Alternatively, Si 2 H 6 , SiH 2 Cl 2 , SiHCl 3 , SiCl 4 , SiF 4, or the like may be used. After the amorphous silicon film containing no impurity element is formed, the impurity element may be introduced into the amorphous silicon film by the diffusion method or the ion implantation method. The impurity element may be diffused by introducing the impurity element by ion implantation or the like, followed by heating. In this case, the LPCVD method, the vapor phase growth method, the sputtering method, or the like may be used as a method of forming the amorphous silicon film. It is preferable to form the 1st semiconductor film 606a so that film thickness may be 10 nm or more and 50 nm or less.

제 2 반도체막(606b)은 I형 반도체막(진성 반도체막)이며, 비정질 실리콘막으로 형성한다. 제 2 반도체막(606b)으로서는 반도체 재료 가스를 사용한 플라즈마 CVD법에 의해 비정질 실리콘막으로 형성한다. 반도체 재료 가스로서는 실란(SiH4)을 사용하면 좋다. 또는, Si2H6, SiH2Cl2, SiHCl3, SiCl4, SiF4 등을 사용하여도 좋다. 제 2 반도체막(606b)은 LPCVD법, 기상 성장법, 스퍼터링법 등에 의해 형성하여도 좋다. 제 2 반도체막(606b)은 막 두께가 200nm 이상 1000nm 이하가 되도록 형성하는 것이 바람직하다.The second semiconductor film 606b is an I-type semiconductor film (intrinsic semiconductor film), and is formed of an amorphous silicon film. As the second semiconductor film 606b, an amorphous silicon film is formed by a plasma CVD method using a semiconductor material gas. As the semiconductor material gas, silane (SiH 4 ) may be used. Alternatively, Si 2 H 6 , SiH 2 Cl 2 , SiHCl 3 , SiCl 4 , SiF 4, or the like may be used. The second semiconductor film 606b may be formed by the LPCVD method, the vapor phase growth method, the sputtering method, or the like. It is preferable to form the second semiconductor film 606b so that the film thickness is 200 nm or more and 1000 nm or less.

제 3 반도체막(606c)은 n형 반도체막이며, n형을 부여하는 불순물 원소를 함유한 비정질 실리콘막으로 형성한다. 제 3 반도체막(606c)은 15족의 불순물 원소(예를 들어 인(P))를 함유한 반도체 재료 가스를 사용한 플라즈마 CVD법에 의해 형성한다. 반도체 재료 가스로서는 실란(SiH4)을 사용하면 좋다. 또는, Si2H6, SiH2Cl2, SiHCl3, SiCl4, SiF4 등을 사용하여도 좋다. 또한, 불순물 원소를 함유하지 않은 비정질 실리콘막을 형성한 후에, 확산법이나 이온 주입법을 이용하여 상기 비정질 실리콘막에 불순물 원소를 도입하여도 좋다. 이온 주입법 등에 의해 불순물 원소를 도입한 후에 가열 등을 수행함으로써, 불순물 원소를 확산시키면 좋다. 이 경우에 비정질 실리콘막을 형성하는 방법으로서는 LPCVD법, 기상 성장법, 또는 스퍼터링법 등을 이용하면 좋다. 제 3 반도체막(606c)의 막 두께는 20nm 이상 200nm 이하가 되도록 형성하는 것이 바람직하다.The third semiconductor film 606c is an n-type semiconductor film and is formed of an amorphous silicon film containing an impurity element imparting n-type. The third semiconductor film 606c is formed by a plasma CVD method using a semiconductor material gas containing a group 15 impurity element (for example, phosphorus (P)). As the semiconductor material gas, silane (SiH 4 ) may be used. Alternatively, Si 2 H 6 , SiH 2 Cl 2 , SiHCl 3 , SiCl 4 , SiF 4, or the like may be used. After the amorphous silicon film containing no impurity element is formed, the impurity element may be introduced into the amorphous silicon film by the diffusion method or the ion implantation method. The impurity element may be diffused by introducing the impurity element by ion implantation or the like, followed by heating. In this case, the LPCVD method, the vapor phase growth method, the sputtering method, or the like may be used as a method of forming the amorphous silicon film. The film thickness of the third semiconductor film 606c is preferably formed to be 20 nm or more and 200 nm or less.

또한, 제 1 반도체막(606a), 제 2 반도체막(606b), 및 제 3 반도체막(606c)은 비정질 반도체가 아니라 다결정 반도체를 사용하여 형성하여도 좋고, 미결정 반도체(세미 아몰퍼스 반도체(Semi Amorphous Semiconductor: SAS))를 사용하여 형성하여도 좋다.In addition, the first semiconductor film 606a, the second semiconductor film 606b, and the third semiconductor film 606c may be formed using a polycrystalline semiconductor instead of an amorphous semiconductor, and may be a microcrystalline semiconductor (Semi Amorphous Semiconductor). Semiconductor (SAS)) may be used.

또한, 광전 효과로 발생한 정공의 이동도는 전자의 이동도에 비해 매우 작기 때문에, pin형 포토 다이오드는 p형 반도체막 측을 수광면으로 하는 것이 더 양호한 특성을 나타낸다. 여기서는 pin형 포토다이오드가 형성된 유리 기판(601)의 면으로부터 포토다이오드(602)가 받는 빛을 전기 신호로 변환하는 예를 나타낸다. 또한, 수광면으로 한 반도체막 측과 반대의 도전형을 갖는 반도체막 측으로부터의 빛은 외란광(外亂光)이 되기 때문에, 전극층으로서는 차광성을 갖는 도전막을 사용하면 좋다. 또한, n형 반도체막 측을 수광면으로서 사용할 수도 있다.In addition, since the mobility of holes generated by the photoelectric effect is very small compared to the mobility of electrons, the pin-type photodiode exhibits a better characteristic of making the p-type semiconductor film side the light-receiving surface. Here, the example which converts the light which the photodiode 602 receives from the surface of the glass substrate 601 in which the pin type photodiode was formed into an electrical signal is shown. In addition, since light from the semiconductor film side having a conductivity type opposite to the semiconductor film side serving as the light receiving surface becomes external light, a conductive film having light shielding properties may be used as the electrode layer. The n-type semiconductor film side can also be used as the light receiving surface.

절연막(631), 층간 절연막(633), 층간 절연막(634)은 절연성 재료를 사용하여 형성할 수 있으며, 그 재료에 따라, 스퍼터링법, 플라즈마 CVD법, 스핀 코팅법, 딥법, 스프레이 도포법, 액적 토출법(잉크젯법 등), 인쇄법(스크린 인쇄, 오프셋 인쇄 등) 등을 이용하여 형성할 수 있다.The insulating film 631, the interlayer insulating film 633, and the interlayer insulating film 634 can be formed using an insulating material, and depending on the material, the sputtering method, the plasma CVD method, the spin coating method, the dip method, the spray coating method, and the droplets can be formed. It can form using a discharge method (ink-jet method etc.), a printing method (screen printing, offset printing, etc.).

절연막(631)으로서 무기 절연 재료를 사용하는 경우에는 산화 실리콘층, 산화질화 실리콘층, 산화 알루미늄층, 또는 산화질화 알루미늄층 등의 산화물 절연막, 질화 실리콘층, 질화산화 실리콘층, 질화 알루미늄층, 또는 질화산화 알루미늄층 등의 질화물 절연막의 단층 또는 적층을 사용할 수 있다.When an inorganic insulating material is used as the insulating film 631, an oxide insulating film such as a silicon oxide layer, a silicon oxynitride layer, an aluminum oxide layer, or an aluminum oxynitride layer, a silicon nitride layer, a silicon nitride oxide layer, an aluminum nitride layer, or A single layer or a lamination of a nitride insulating film such as an aluminum nitride oxide layer can be used.

본 실시형태에서는 절연막(631)으로서 산화 알루미늄막을 사용한다. 절연막(631)은 스퍼터링법이나 플라즈마 CVD법에 의해 형성할 수 있다.In this embodiment, an aluminum oxide film is used as the insulating film 631. The insulating film 631 can be formed by sputtering or plasma CVD.

산화물 반도체막 위에 절연막(631)으로서 형성된 산화 알루미늄막은 수소, 수분 등의 불순물, 및 산소의 양쪽 모두에 대해 막을 투과시키지 않도록 차단하는 효과(블록 효과)가 높다.The aluminum oxide film formed as the insulating film 631 on the oxide semiconductor film has a high effect of blocking the film from permeating both the impurities such as hydrogen, moisture, and oxygen to prevent the film from permeating.

따라서, 산화 알루미늄막은 제작 공정 중 및 제작 후에 있어서, 특성의 변동 요인이 되는 수소, 수분 등의 불순물이 산화물 반도체막으로 혼입되는 것이나 산화물 반도체를 구성하는 주성분 재료인 산소가 산화물 반도체막으로부터 방출되는 것을 방지하는 보호막으로서 기능한다.Therefore, in the aluminum oxide film, impurities such as hydrogen and water, which are factors of variation in characteristics, are mixed into the oxide semiconductor film and oxygen released from the oxide semiconductor film as a main component material constituting the oxide semiconductor is produced during and after the manufacturing process. It functions as a protective film to prevent.

층간 절연막(633, 634)으로서는, 표면 요철을 저감하기 위해서 평탄화 절연막으로서 기능하는 절연막을 사용하는 것이 바람직하다. 층간 절연막(633, 634)으로서는, 예를 들어 폴리이미드 수지, 아크릴 수지, 벤조사이클로부텐 수지, 폴리아미드 수지, 에폭시 수지 등 내열성을 갖는 유기 절연 재료를 사용할 수 있다. 또한, 상기 유기 절연 재료 이외에, 저유전율 재료(low-k 재료), 실록산계 수지, PSG(인 유리), BPSG(인 붕소 유리) 등의 단층 또는 적층을 사용할 수 있다.As the interlayer insulating films 633 and 634, it is preferable to use insulating films that function as planarization insulating films in order to reduce surface irregularities. As the interlayer insulating films 633 and 634, for example, an organic insulating material having heat resistance such as polyimide resin, acrylic resin, benzocyclobutene resin, polyamide resin, epoxy resin or the like can be used. In addition to the above organic insulating material, a single layer or lamination such as low dielectric constant material (low-k material), siloxane resin, PSG (phosphorus glass), BPSG (phosphorus boron glass), or the like can be used.

포토다이오드(602)에 입사하는 빛(622)을 검출함으로써, 피검출물의 정보를 판독할 수 있다. 또한, 피검출물의 정보를 판독할 때, 백 라이트 등의 광원을 사용할 수 있다.By detecting the light 622 incident on the photodiode 602, the information of the detected object can be read. In addition, when reading the information to be detected, a light source such as a backlight can be used.

트랜지스터(640)의 게이트 전극층은 제 1 게이트 절연막(636)으로 덮여 있어, 트랜지스터(640)의 제 2 게이트 절연막 및 산화물 반도체막은 유리 기판(601)에 함유되는 제 1 금속 원소로 인한 오염으로부터 보호되고 있다. 따라서, 제 1 게이트 절연막(636)과 제 2 게이트 절연막 사이의 계면에 있어서, 유리 기판(601)에 함유되는 제 1 금속 원소의 농도를 5×1018atoms/cm3 이하(바람직하게는 1×1018atoms/cm3 이하)로 할 수 있다.The gate electrode layer of the transistor 640 is covered with the first gate insulating film 636 so that the second gate insulating film and the oxide semiconductor film of the transistor 640 are protected from contamination by the first metal element contained in the glass substrate 601. have. Therefore, at the interface between the first gate insulating film 636 and the second gate insulating film, the concentration of the first metal element contained in the glass substrate 601 is 5 × 10 18 atoms / cm 3 or less (preferably 1 × 10 18 atoms / cm 3 or less).

트랜지스터(1640)는 보호 절연막(646)으로 덮인 유리 기판(601) 위에 제공되어 있어, 유리 기판(601)에 함유되는 제 2 금속 원소로 인한 오염으로부터 보호되고 있다. 따라서, 트랜지스터(1640)의 게이트 전극층과 게이트 절연막 사이의 계면에 있어서, 유리 기판(601)에 함유되는 제 2 금속 원소의 농도를 5×1018atoms/cm3 이하(바람직하게는 1×1018atoms/cm3 이하)로 할 수 있다.The transistor 1640 is provided on the glass substrate 601 covered with the protective insulating film 646, and is protected from contamination due to the second metal element contained in the glass substrate 601. Therefore, at the interface between the gate electrode layer and the gate insulating film of the transistor 1640, the concentration of the second metal element contained in the glass substrate 601 is 5 × 10 18 atoms / cm 3 or less (preferably 1 × 10 18). atoms / cm 3 or less).

따라서, 본 실시형태의 산화물 반도체막을 사용한 안정된 전기 특성을 갖는 트랜지스터(640, 1640)를 포함한 신뢰성이 높은 반도체 장치를 제공할 수 있다. 또한, 신뢰성이 높은 반도체 장치를 고수율로 제작하여 고생산성화를 달성할 수 있다.Therefore, a highly reliable semiconductor device including the transistors 640 and 1640 having stable electrical characteristics using the oxide semiconductor film of the present embodiment can be provided. In addition, high productivity can be achieved by manufacturing a highly reliable semiconductor device with high yield.

본 실시형태에서 제시한 구성이나 방법 등은 다른 실시형태에서 제시하는 구성이나 방법 등과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.The structure, method, etc. which were shown in this embodiment can be used suitably in combination with the structure, method, etc. which are shown in another embodiment.

(실시형태 9)(Embodiment 9)

본 명세서에 기재되는 반도체 장치는 다양한 전자 기기(게임기도 포함함)에 적용할 수 있다. 전자 기기로서는 텔레비전 장치(텔레비전, 또는 텔레비전 수신기라고도 함), 컴퓨터용 등의 모니터, 디지털 카메라나 디지털 비디오 카메라 등의 카메라, 디지털 포토 프레임, 휴대 전화기, 휴대형 게임기, 휴대 정보 단말, 음향 재생 장치, 게임기(파친코(pachinko)기, 슬롯 머신 등), 게임기의 하우징을 들 수 있다. 이들 전자 기기의 구체적인 예를 도 9a 내지 도 9c에 도시하였다.The semiconductor device described herein can be applied to various electronic devices (including game machines). Examples of the electronic device include a television device (also referred to as a television or a television receiver), a monitor such as a computer, a camera such as a digital camera or a digital video camera, a digital photo frame, a portable telephone, a portable game machine, a portable information terminal, (Pachinko machine, slot machine, etc.), and a housing of a game machine. Specific examples of these electronic devices are shown in Figs. 9A to 9C.

도 9a는 표시부를 갖는 테이블(9000)을 도시한 도면이다. 테이블(9000)은 하우징(9001)에 표시부(9003)가 내장되어 있으며, 표시부(9003)로 영상을 표시할 수 있다. 또한, 4개의 다리부(9002)에 의해 하우징(9001)을 지탱한 구성을 도시하였다. 또한, 전력을 공급하기 위한 전원 코드(9005)를 하우징(9001)에 갖는다.9A shows a table 9000 having a display portion. The table 9000 has a display portion 9003 embedded in the housing 9001 and can display an image on the display portion 9003. In addition, the structure which supported the housing 9001 by the four leg parts 9002 was shown. The housing 9001 also has a power cord 9005 for supplying power.

실시형태 1 내지 실시형태 8 중 어느 형태에서 제시한 반도체 장치는 표시부(9003)에 사용할 수 있으며, 표시부를 갖는 테이블(9000)에 높은 신뢰성을 부여할 수 있다.The semiconductor device described in any one of Embodiments 1 to 8 can be used for the display portion 9003, and can provide high reliability to the table 9000 having the display portion.

표시부(9003)는 터치 입력 기능을 가지고 있으며, 테이블(9000)의 표시부(9003)에 표시된 표시 버튼(9004)을 손가락 등으로 터치함으로써, 화면을 조작하거나 정보를 입력할 수 있고, 또한 다른 가전 제품과의 통신을 가능하게 하거나 제어를 가능하게 함으로써, 화면 조작에 의해 다른 가전 제품을 제어하는 제어 장치로 하여도 좋다. 예를 들어, 실시형태 8에서 제시한 이미지 센서 기능을 갖는 반도체 장치를 사용하면, 표시부(9003)에 터치 입력 기능을 갖게 할 수 있다.The display portion 9003 has a touch input function, and by touching the display button 9004 displayed on the display portion 9003 of the table 9000 with a finger or the like, the screen can be operated or information can be input, and other home appliances By enabling communication with or enabling control, a control device may be used to control other home appliances by screen operation. For example, when the semiconductor device having the image sensor function shown in the eighth embodiment is used, the display portion 9003 can be given a touch input function.

또한 하우징(9001)에 형성된 힌지(hinge)에 의해 표시부(9003)의 화면을 바닥에 수직으로 세울 수도 있으며, 텔레비전 장치로서도 이용할 수 있다. 좁은 방에서는 화면이 큰 텔레비전 장치를 설치하면 자유 공간이 좁아지지만, 테이블에 표시부가 내장되어 있으면 방의 공간을 유효하게 이용할 수 있다.In addition, the screen of the display portion 9003 can be perpendicular to the floor by a hinge formed in the housing 9001, and can also be used as a television device. In a narrow room, the free space becomes narrower when a television device with a large screen is provided. However, if the display unit is built in the table, the space in the room can be effectively used.

도 9b는 텔레비전 장치(9100)를 도시한 도면이다. 텔레비전 장치(9100)는 하우징(9101)에 표시부(9103)가 내장되어 있으며, 표시부(9103)로 영상을 표시할 수 있다. 또한, 여기서는 스탠드(9105)에 의하여 하우징(9101)을 지탱한 구성을 제시한다.9B is a diagram illustrating a television device 9100. The television device 9100 includes a display portion 9103 built into the housing 9101, and may display an image on the display portion 9103. In addition, the structure which supported the housing 9201 by the stand 9905 is shown here.

텔레비전 장치(9100)는 하우징(9101)이 구비하는 조작 스위치나, 별도로 제공된 리모트 컨트롤러(9110)에 의하여 조작할 수 있다. 리모트 컨트롤러(9110)가 구비한 조작 키(9109)에 의하여, 채널이나 음량을 조작할 수 있고, 표시부(9103)에 표시되는 영상을 조작할 수 있다. 또한, 리모트 컨트롤러(9110)에 상기 리모트 컨트롤러(9110)로부터 출력되는 정보를 표시하는 표시부(9107)를 제공하는 구성으로 하여도 좋다.The television device 9100 can be operated by an operation switch included in the housing 9101 or by a remote controller 9110 provided separately. The operation key 9119 provided by the remote controller 9110 can operate a channel and a volume, and can operate the image displayed on the display portion 9103. It is also possible to provide a configuration in which the display unit 9107 for displaying the information output from the remote controller 9110 is provided to the remote controller 9110.

도 9b에 도시된 텔레비전 장치(9100)는 수신기나 모뎀 등을 구비한다. 텔레비전 장치(9100)는 수신기에 의하여 일반적인 텔레비전 방송을 수신할 수 있고, 또 모뎀을 통하여 유선 또는 무선에 의한 통신 네트워크에 접속함으로써 일방향(송신자로부터 수신자) 또는 쌍방향(송신자와 수신자간, 또는 수신자들간 등)의 정보 통신을 수행할 수도 있다.The television device 9100 illustrated in FIG. 9B includes a receiver, a modem, and the like. The television apparatus 9100 can receive a general television broadcast by a receiver, and can be connected to a communication network by wire or wireless via a modem, and is one-way (from sender to receiver) or two-way (between sender and receiver, or between receivers, etc.). Information communication).

실시형태 1 내지 실시형태 8 중 어느 형태에서 제시한 반도체 장치는 표시부(9103, 9107)에 사용할 수 있으며, 텔레비전 및 리모트 컨트롤러에 높은 신뢰성을 부여할 수 있다.The semiconductor device described in any one of Embodiments 1 to 8 can be used for the display portions 9103 and 9107, and can provide high reliability to televisions and remote controllers.

도 9c는 컴퓨터이며, 본체(9201), 하우징(9202), 표시부(9203), 키보드(9204), 외부 접속 포트(9205), 포인팅 디바이스(9206) 등을 포함한다.9C is a computer, and includes a main body 9201, a housing 9202, a display portion 9203, a keyboard 9304, an external connection port 9205, a pointing device 9206, and the like.

실시형태 1 내지 실시형태 8 중 어느 형태에서 제시한 반도체 장치는 표시부(9203)에 사용할 수 있으며, 컴퓨터에 높은 신뢰성을 부여할 수 있다.The semiconductor device described in any one of Embodiments 1 to 8 can be used for the display portion 9203, and can provide high reliability to a computer.

도 10a 및 도 10b는 폴더형 태블릿 단말이다. 도 10a는 펼친 상태를 도시한 것이며, 태블릿 단말은 하우징(9630), 표시부(9631a), 표시부(9631b), 표시 모드 전환 스위치(9034), 전원 스위치(9035), 전력 절약 모드 전환 스위치(9036), 후크(9033), 조작 스위치(9038)를 갖는다.10A and 10B are foldable tablet terminals. 10A illustrates an expanded state, the tablet terminal includes a housing 9630, a display portion 9631a, a display portion 9631b, a display mode switch 9034, a power switch 9035, and a power saving mode switch 9036. , A hook 9033 and an operation switch 9038.

실시형태 1 내지 실시형태 8 중 어느 형태에서 제시한 반도체 장치는 표시부(9631a, 9631b)에 사용할 수 있으며, 신뢰성이 높은 태블릿 단말로 할 수 있다.The semiconductor device described in any one of Embodiments 1 to 8 can be used for the display portions 9631a and 9631b, and can be a highly reliable tablet terminal.

표시부(9631a)는 일부를 터치 패널의 영역(9632a)으로 할 수 있으며, 표시된 조작 키(9638)를 터치함으로써 데이터를 입력할 수 있다. 또한 도면에서는 일례로서 표시부(9631a)에 있어서 영역의 반이 표시만 하는 기능을 갖는 구성이고 영역의 나머지 반이 터치 패널 기능을 갖는 구성을 도시하였지만, 이 구성에 한정되지 않는다. 표시부(9631a)의 모든 영역이 터치 패널의 기능을 갖는 구성으로 하여도 좋다. 예를 들어, 표시부(9631a)의 전체면에 키보드 버튼을 표시시킨 터치 패널로 하여, 표시부(9631b)를 표시 화면으로서 사용할 수 있다.The display portion 9631a can make a part of the touch panel area 9632a and can input data by touching the displayed operation key 9638. In addition, although the figure which showed the structure which only one half of an area | region has a function which only displays in the display part 9331a as an example and the other half of the area | region has a touch panel function is shown, it is not limited to this structure. All regions of the display portion 9631a may have a function of a touch panel. For example, the display portion 9631b can be used as a display screen as a touch panel in which a keyboard button is displayed on the entire surface of the display portion 9631a.

또한 표시부(9631b)에서도 표시부(9631a)와 마찬가지로 표시부(9631b)의 일부를 터치 패널의 영역(9632b)으로 할 수 있다. 또한 터치 패널의 키보드 표시 전환 버튼(9639)이 표시되어 있는 위치를 손가락이나 스타일러스 등으로 터치함으로써 표시부(9631b)에 키보드 버튼을 표시할 수 있다.In addition, in the display portion 9631b, a portion of the display portion 9631b may be a region 9432b of the touch panel similarly to the display portion 9631a. Further, a keyboard button can be displayed on the display portion 9631b by touching a position where the keyboard display switching button 9639 of the touch panel is displayed with a finger, a stylus, or the like.

또한, 터치 패널의 영역(9632a)과 터치 패널의 영역(9632b)에 대해 동시적으로 터치 입력을 수행할 수도 있다.In addition, touch input may be simultaneously performed on the area 9432a of the touch panel and the area 9432b of the touch panel.

또한, 표시 모드 전환 스위치(9034)는 세로 표시 또는 가로 표시 등의 표시 방향을 전환하거나, 흑백 표시나 컬러 표시의 전환 등을 선택할 수 있다. 전력 절약 모드 전환 스위치(9036)는 태블릿 단말에 내장된 광센서로 검출되는 사용시의 외광의 광량에 따라 표시의 휘도를 최적으로 할 수 있다. 태블릿 단말은 광센서뿐만 아니라, 자이로, 가속도 센서 등 기울기를 검출하는 센서와 같은 다른 검출 장치를 내장하여도 좋다.In addition, the display mode changeover switch 9034 can switch display directions such as vertical display or horizontal display, and can switch monochrome display or color display. The power saving mode switching switch 9036 can optimize the brightness of the display according to the amount of external light in use detected by the optical sensor built into the tablet terminal. The tablet terminal may include not only an optical sensor but also other detection devices such as a gyro, an acceleration sensor, and a sensor for detecting a tilt.

또한, 도 10a에서는 표시부(9631b)와 표시부(9631a)의 표시 면적이 같은 예를 도시하였지만, 이것에 특별히 한정되지 않고, 서로 크기가 상이하여도 좋고 표시 품질도 상이하여도 좋다. 예를 들어, 한쪽이 다른 쪽보다 고정세한 표시가 가능한 표시 패널로 하여도 좋다.In addition, although the display area of the display part 9631b and the display part 9631a showed the same example in FIG. 10A, it is not specifically limited to this, It may differ in size, and may differ in display quality. For example, the display panel may be a display panel in which one side is more rigid than the other side.

도 10b는 닫은 상태를 도시한 것이며, 태블릿 단말은 하우징(9630), 태양 전지(9633), 충방전 제어 회로(9634), 배터리(9635), DCDC 컨버터(9636)를 갖는다. 또한, 도 10b는 충방전 제어 회로(9634)의 일례로서 배터리(9635), DCDC 컨버터(9636)를 갖는 구성을 도시한 도면이다.FIG. 10B shows a closed state, and the tablet terminal has a housing 9630, a solar cell 9633, a charge / discharge control circuit 9634, a battery 9635, and a DCDC converter 9636. 10B is a diagram showing a configuration having a battery 9635 and a DCDC converter 9636 as an example of the charge / discharge control circuit 9634.

또한, 태블릿 단말은 접을 수 있기 때문에, 사용하지 않을 때는 하우징(9630)을 닫은 상태로 할 수 있다. 따라서, 표시부(9631a), 표시부(9631b)를 보호할 수 있기 때문에 내구성이 우수하며 장기 사용의 관점에서 봐도 신뢰성이 우수한 태블릿 단말을 제공할 수 있다.In addition, since the tablet terminal can be folded, the housing 9630 can be closed when not in use. Therefore, since the display portion 9631a and the display portion 9631b can be protected, it is possible to provide a tablet terminal having excellent durability and excellent reliability even in view of long-term use.

또한, 도 10a 및 도 10b에 도시된 태블릿 단말은 이 외에도, 다양한 정보(정지 영상, 동영상, 텍스트 화상 등)를 표시하는 기능, 달력, 날짜, 또는 시각 등을 표시부에 표시하는 기능, 표시부에 표시한 정보를 터치 입력 조작하거나 편집하는 터치 입력 기능, 각종 소프트웨어(프로그램)에 의하여 처리를 제어하는 기능 등을 가질 수 있다.In addition, the tablet terminal illustrated in FIGS. 10A and 10B further includes a function of displaying various information (still images, moving images, text images, etc.), a function of displaying a calendar, a date, or a time on a display unit, and a display unit. And a touch input function for touch input manipulation or editing of a piece of information, a function for controlling processing by various software (programs), and the like.

태블릿 단말의 표면에 장착된 태양 전지(9633)에 의해, 전력을 터치 패널, 표시부, 또는 영상 신호 처리부 등에 공급할 수 있다. 또한 태양 전지(9633)를 하우징(9630)의 한쪽 면 또는 양쪽 면에 설치할 수 있어, 배터리(9635)를 효율적으로 충전할 수 있는 구성으로 할 수 있다. 또한 배터리(9635)로서 리튬 이온 전지를 사용하면, 소형화를 도모할 수 있는 등의 장점이 있다.Power can be supplied to the touch panel, the display unit, the image signal processing unit, or the like by the solar battery 9633 mounted on the surface of the tablet terminal. In addition, the solar cell 9633 can be provided on one side or both sides of the housing 9630, and the battery 9635 can be efficiently charged. In addition, the use of a lithium ion battery as the battery 9635 has advantages such as miniaturization.

또한, 도 10b에 도시된 충방전 제어 회로(9634)의 구성 및 동작에 대해서 도 10c의 블록도를 참조로 하여 설명한다. 도 10c는 태양 전지(9633), 배터리(9635), DCDC 컨버터(9636), 컨버터(9637), 스위치(SW1) 내지 스위치(SW3), 표시부(9631)를 도시한 것이며, 배터리(9635), DCDC 컨버터(9636), 컨버터(9637), 스위치(SW1) 내지 스위치(SW3)가 도 10b에 도시된 충방전 제어 회로(9634)에 대응하는 부분이다.The configuration and operation of the charge / discharge control circuit 9634 illustrated in FIG. 10B will be described with reference to the block diagram of FIG. 10C. FIG. 10C shows a solar cell 9633, a battery 9635, a DCDC converter 9636, a converter 9637, a switch SW1 to a switch SW3, and a display portion 9631, and a battery 9633 and a DCDC. Converter 9636, converter 9637, switches SW1 to SW3 are portions corresponding to the charge / discharge control circuit 9634 shown in FIG. 10B.

우선, 외광을 이용하여 태양 전지(9633)에 의해 발전되는 경우의 동작 예에 대해서 설명한다. 태양 전지(9633)에 의해 발전된 전력은 배터리(9635)를 충전하기 위한 전압이 되도록 DCDC 컨버터(9636)로 승압 또는 강압된다. 또한, 표시부(9631)의 동작에 태양 전지(9633)로부터의 전력이 사용될 때는 스위치(SW1)를 온 상태로 하여, 컨버터(9637)에 의해 표시부(9631)에 필요한 전압으로 승압 또는 강압을 수행한다. 또한 표시부(9631)에서 표시를 수행하지 않을 때는 스위치(SW1)를 오프 상태로 하고, 스위치(SW2)를 온 상태로 하여 배터리(9635)를 충전하는 구성으로 하면 좋다.First, an operation example in the case of generating power by the solar cell 9633 using external light will be described. The power generated by the solar cell 9633 is stepped up or down by the DCDC converter 9636 so as to be a voltage for charging the battery 9635. When the electric power from the solar cell 9633 is used for the operation of the display portion 9631, the switch SW1 is turned on, and the converter 9637 performs the voltage raising or lowering to the voltage required for the display portion 9631. . When the display portion 9631 does not perform display, the switch SW1 may be turned off and the switch SW2 may be turned on to charge the battery 9635.

또한 태양 전지(9633)에 대해서는 발전 수단의 일례로서 제시하였지만, 특별히 한정되지 않고 압전 소자(피에조 소자)나 열전 변환 소자(펠티어 소자) 등의 다른 발전 수단에 의하여 배터리(9635)를 충전하는 구성이어도 좋다. 예를 들어, 무선(비접촉)으로 전력을 송수신하여 충전하는 무접점 전력 전송 모듈이나, 다른 충전 수단을 조합하여 수행하는 구성으로 하여도 좋다.Although the solar cell 9633 has been presented as an example of power generation means, the configuration is not particularly limited, and the battery 9635 may be charged by other power generation means such as a piezoelectric element (piezo element) or a thermoelectric conversion element (Peltier element). good. For example, a configuration may be employed in which a non-contact power transmission module that transmits and receives power by radio (noncontact) or other charging means is combined.

본 실시형태에서 제시한 구성이나 방법 등은 다른 실시형태에서 제시하는 구성이나 방법 등과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.The structure, the method, etc. which were shown in this embodiment can be used suitably in combination with the structure, the method, etc. which are shown in another embodiment.

400: 유리 기판
401: 게이트 전극층
402: 게이트 절연막
403: 산화물 반도체막
405a: 소스 전극층
405b: 드레인 전극층
407: 절연막
413: 절연층
420: 트랜지스터
423: 절연층
425a: 개구
425b: 개구
430: 트랜지스터
436: 게이트 절연막
440: 트랜지스터
450: 보호 절연막
452: 게이트 절연막
500: 유리 기판
501: 게이트 절연막
502: 게이트 절연막
503: 절연층
504: 층간 절연막
505: 컬러 필터층
506: 절연막
507: 격벽
510: 트랜지스터
511a: 게이트 전극층
511b: 게이트 전극층
512: 산화물 반도체막
513a: 도전층
513b: 도전층
520: 용량 소자
521a: 도전층
521b: 도전층
522: 산화물 반도체막
523: 도전층
530: 배선층 교차부
533: 도전층
540: 발광 소자
541: 전극층
542: 전계 발광층
543: 전극층
550: 보호 절연막
592: 게이트 절연막
601: 유리 기판
602: 포토다이오드
606a: 반도체막
606b: 반도체막
606c: 반도체막
608: 접착층
613: 기판
622: 빛
631: 절연막
633: 층간 절연막
634: 층간 절연막
636: 게이트 절연막
646: 보호 절연막
640: 트랜지스터
641a: 전극층
641b: 전극층
642: 전극층
643: 도전층
645: 도전층
656: 트랜지스터
658: 포토다이오드 리셋 신호선
659: 게이트 신호선
671: 포토 센서 출력 신호선
672: 포토 센서 기준 신호선
1420: 트랜지스터
1430: 트랜지스터
1440: 트랜지스터
1510: 트랜지스터
1520: 용량 소자
1530: 배선층 교차부
1640: 트랜지스터
1656: 트랜지스터
4001: 유리 기판
4002: 화소부
4003: 신호선 구동 회로
4004: 주사선 구동 회로
4005: 씰재
4006: 기판
4008: 액정 조성물
4010: 트랜지스터
4011: 트랜지스터
4013: 액정 소자
4015: 접속 단자 전극
4016: 단자 전극
4018: FPC
4018a: FPC
4018b: FPC
4019: 이방성 도전막
4020: 절연막
4021: 절연막
4023: 게이트 절연막
4030: 전극층
4031: 전극층
4032: 절연막
4033: 절연막
4035: 스페이서
4040: 트랜지스터
4041: 트랜지스터
4053: 보호 절연막
4510: 격벽
4511: 전계 발광층
4513: 발광 소자
4514: 충전재
9000: 테이블
9001: 하우징
9002: 다리부
9003: 표시부
9004: 표시 버튼
9005: 전원 코드
9033: 후크
9034: 스위치
9035: 전원 스위치
9036: 스위치
9038: 조작 스위치
9100: 텔레비전 장치
9101: 하우징
9103: 표시부
9105: 스탠드
9107: 표시부
9109: 조작 키
9110: 리모트 컨트롤러
9201: 본체
9202: 하우징
9203: 표시부
9204: 키보드
9205: 외부 접속 포트
9206: 포인팅 디바이스
9630: 하우징
9631: 표시부
9631a: 표시부
9631b: 표시부
9632a: 영역
9632b: 영역
9633: 태양 전지
9634: 충방전 제어 회로
9635: 배터리
9636: DCDC 컨버터
9637: 컨버터
9638: 조작 키
9639: 버튼
400: glass substrate
401: gate electrode layer
402: gate insulating film
403: oxide semiconductor film
405a: source electrode layer
405b: drain electrode layer
407: insulating film
413: insulation layer
420: transistor
423: insulation layer
425a: opening
425b: opening
430 transistor
436: gate insulating film
440 transistor
450: protective insulating film
452: gate insulating film
500: glass substrate
501: gate insulating film
502: gate insulating film
503: insulation layer
504: interlayer insulating film
505: color filter layer
506: insulating film
507: bulkhead
510: transistor
511a: gate electrode layer
511b: gate electrode layer
512: oxide semiconductor film
513a: conductive layer
513b: conductive layer
520: capacitive element
521a: conductive layer
521b: conductive layer
522: oxide semiconductor film
523: conductive layer
530: wiring layer intersection
533: conductive layer
540: light emitting element
541: electrode layer
542 electroluminescent layer
543: electrode layer
550: protective insulating film
592: gate insulating film
601 glass substrate
602 photodiode
606a: semiconductor film
606b: semiconductor film
606c: semiconductor film
608: adhesive layer
613: substrate
622: light
631: insulating film
633: interlayer insulating film
634: interlayer insulating film
636: gate insulating film
646: protective insulating film
640: transistor
641a: electrode layer
641b: electrode layer
642: electrode layer
643: conductive layer
645: conductive layer
656: transistor
658 photodiode reset signal line
659: gate signal line
671: photo sensor output signal line
672: photo sensor reference signal line
1420: transistor
1430: transistor
1440: transistor
1510: transistor
1520: capacitive element
1530: wiring layer intersection
1640: transistor
1656: transistor
4001: glass substrate
4002: pixel portion
4003: signal line driver circuit
4004: scan line driving circuit
4005: seal material
4006: substrate
4008: liquid crystal composition
4010: transistor
4011: transistor
4013: liquid crystal element
4015: connecting terminal electrode
4016: terminal electrode
4018: FPC
4018a: FPC
4018b: FPC
4019: anisotropic conductive film
4020: Insulating film
4021: insulating film
4023: gate insulating film
4030: electrode layer
4031: electrode layer
4032: insulating film
4033: insulating film
4035: spacer
4040: transistor
4041: transistor
4053: protective insulating film
4510: bulkhead
4511: EL layer
4513: light emitting element
4514: filler
9000: table
9001: housing
9002: leg
9003: display unit
9004: Show button
9005: power cord
9033: Hooks
9034: Switches
9035: Power switch
9036: Switches
9038: Operation switch
9100: television device
9101: housing
9103: display unit
9105: stand
9107 display
9109: operation keys
9110: remote controller
9201: main body
9202: housing
9203: display unit
9204: keyboard
9205: External connection port
9206: pointing device
9630: Housing
9631:
9631a:
9631b:
9632a: area
9632b: area
9633: Solar cell
9634: charge / discharge control circuit
9635: Battery
9636: DCDC Converter
9637: Converter
9638: Operation keys
9639: Button

Claims (12)

반도체 장치에 있어서,
하나 이상의 금속 원소를 함유하는 유리 기판 위의 게이트 전극층과;
상기 게이트 전극층 위의 제 1 게이트 절연막과;
상기 제 1 게이트 절연막 위에 접촉하는 제 2 게이트 절연막과;
상기 제 2 게이트 절연막 위의 산화물 반도체막과;
상기 산화물 반도체막 위의 소스 전극층 및 드레인 전극층을 포함하고,
상기 제 1 게이트 절연막의 조성은 상기 제 2 게이트 절연막의 조성과 상이하고,
상기 제 1 게이트 절연막과 상기 제 2 게이트 절연막 사이의 계면에서, 상기 하나 이상의 금속 원소의 농도는 5×1018atoms/cm3 이하인, 반도체 장치.
In the semiconductor device,
A gate electrode layer on the glass substrate containing at least one metal element;
A first gate insulating film on the gate electrode layer;
A second gate insulating film in contact with the first gate insulating film;
An oxide semiconductor film on the second gate insulating film;
A source electrode layer and a drain electrode layer on the oxide semiconductor film;
The composition of the first gate insulating film is different from that of the second gate insulating film,
The semiconductor device at the interface between the first gate insulating film and the second gate insulating film, wherein the concentration of the at least one metal element is 5 × 10 18 atoms / cm 3 or less.
제 1 항에 있어서,
상기 산화물 반도체막 위에 접촉하는 절연층을 더 포함하고,
상기 소스 전극층 및 상기 드레인 전극층은 상기 산화물 반도체막 및 상기 절연층 위에 형성되는, 반도체 장치.
The method of claim 1,
Further comprising an insulating layer in contact with the oxide semiconductor film,
And the source electrode layer and the drain electrode layer are formed on the oxide semiconductor film and the insulating layer.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 게이트 절연막은 질화 절연막인, 반도체 장치.
The method of claim 1,
And the first gate insulating film is a nitride insulating film.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 게이트 절연막은 질화 실리콘막 또는 질화산화 실리콘막인, 반도체 장치.
The method of claim 1,
And the first gate insulating film is a silicon nitride film or a silicon nitride oxide film.
제 1 항에 있어서,
상기 하나 이상의 금속 원소는 나트륨, 알루미늄, 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 및 바륨 중에서 선택되는, 반도체 장치.
The method of claim 1,
Wherein said at least one metal element is selected from sodium, aluminum, magnesium, calcium, strontium, and barium.
제 1 항에 있어서,
상기 제 2 게이트 절연막은 산화 실리콘막, 산화 갈륨막, 산화 알루미늄막, 질화 실리콘막, 산화질화 실리콘막, 산화질화 알루미늄막, 질화산화 실리콘막, 산화 하프늄막, 산화 이트륨막, 하프늄실리케이트막, 질소를 함유한 하프늄실리케이트막, 하프늄알루미네이트막, 및 산화 란탄막 중에서 선택되는, 반도체 장치.
The method of claim 1,
The second gate insulating film may be a silicon oxide film, a gallium oxide film, an aluminum oxide film, a silicon nitride film, a silicon oxynitride film, an aluminum oxynitride film, a silicon nitride oxide film, a hafnium oxide film, a yttrium oxide film, a hafnium silicate film, or nitrogen. A semiconductor device selected from a hafnium silicate film, a hafnium aluminate film, and a lanthanum oxide film.
반도체 장치에 있어서,
하나 이상의 금속 원소를 함유하는 유리 기판 위의 보호 절연막과;
상기 보호 절연막 위의 게이트 전극층과;
상기 게이트 전극층 위의 게이트 절연막과;
상기 게이트 절연막 위의 산화물 반도체막과;
상기 산화물 반도체막 위의 소스 전극층 및 드레인 전극층을 포함하고,
상기 보호 절연막의 조성은 상기 게이트 절연막의 조성과 상이하고,
상기 게이트 전극층과 상기 게이트 절연막 사이의 계면에서, 상기 하나 이상의 금속 원소의 농도는 5×1018atoms/cm3 이하인, 반도체 장치.
In the semiconductor device,
A protective insulating film on the glass substrate containing at least one metal element;
A gate electrode layer on the protective insulating film;
A gate insulating film on the gate electrode layer;
An oxide semiconductor film on the gate insulating film;
A source electrode layer and a drain electrode layer on the oxide semiconductor film;
The composition of the protective insulating film is different from the composition of the gate insulating film,
At the interface between the gate electrode layer and the gate insulating film, the concentration of the at least one metal element is 5 × 10 18 atoms / cm 3 or less.
제 7 항에 있어서,
상기 산화물 반도체막 위에 접촉하는 절연층을 더 포함하고,
상기 소스 전극층 및 상기 드레인 전극층은 상기 산화물 반도체막 및 상기 절연층 위에 형성되는, 반도체 장치.
The method of claim 7, wherein
Further comprising an insulating layer in contact with the oxide semiconductor film,
And the source electrode layer and the drain electrode layer are formed on the oxide semiconductor film and the insulating layer.
제 7 항에 있어서,
상기 보호 절연막은 질화 절연막인, 반도체 장치.
The method of claim 7, wherein
The protective insulating film is a semiconductor insulating film.
제 7 항에 있어서,
상기 보호 절연막은 질화 실리콘막 또는 질화산화 실리콘막인, 반도체 장치.
The method of claim 7, wherein
And the protective insulating film is a silicon nitride film or a silicon nitride oxide film.
제 7 항에 있어서,
상기 하나 이상의 금속 원소는 나트륨, 알루미늄, 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 및 바륨 중에서 선택되는, 반도체 장치.
The method of claim 7, wherein
Wherein said at least one metal element is selected from sodium, aluminum, magnesium, calcium, strontium, and barium.
제 7 항에 있어서,
상기 게이트 절연막은 산화 실리콘막, 산화 갈륨막, 산화 알루미늄막, 질화 실리콘막, 산화질화 실리콘막, 산화질화 알루미늄막, 질화산화 실리콘막, 산화 하프늄막, 산화 이트륨막, 하프늄실리케이트막, 질소를 함유한 하프늄실리케이트막, 하프늄알루미네이트막, 및 산화 란탄막 중에서 선택되는, 반도체 장치.
The method of claim 7, wherein
The gate insulating film contains a silicon oxide film, a gallium oxide film, an aluminum oxide film, a silicon nitride film, a silicon oxynitride film, an aluminum oxynitride film, a silicon nitride oxide film, a hafnium oxide film, a yttrium oxide film, a hafnium silicate film, and nitrogen. A semiconductor device selected from one of a hafnium silicate film, a hafnium aluminate film, and a lanthanum oxide film.
KR1020120118273A 2011-10-24 2012-10-24 Semiconductor device KR20130048155A (en)

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CN (3) CN107275223A (en)
TW (1) TWI545765B (en)

Families Citing this family (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5871263B2 (en) * 2011-06-14 2016-03-01 富士フイルム株式会社 Method for producing amorphous oxide thin film
JP2013149953A (en) 2011-12-20 2013-08-01 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device
TWI584383B (en) 2011-12-27 2017-05-21 半導體能源研究所股份有限公司 Semiconductor device and method for manufacturing the same
JP2013183001A (en) 2012-03-01 2013-09-12 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Semiconductor device
US9224881B2 (en) * 2013-04-04 2015-12-29 Omnivision Technologies, Inc. Layers for increasing performance in image sensors
WO2014196482A1 (en) * 2013-06-07 2014-12-11 富士フイルム株式会社 Composition for forming gate insulating film, organic thin film transistor, electronic paper, and display device
TWI654614B (en) * 2013-07-10 2019-03-21 日商半導體能源研究所股份有限公司 Semiconductor device
KR102281300B1 (en) 2013-09-11 2021-07-26 삼성디스플레이 주식회사 Thin film transistor, method of manufacturing the same, and display device including the same
JP6433757B2 (en) * 2013-10-31 2018-12-05 株式会社半導体エネルギー研究所 Semiconductor devices, display devices, electronic equipment
JP6506545B2 (en) * 2013-12-27 2019-04-24 株式会社半導体エネルギー研究所 Semiconductor device
US9722090B2 (en) * 2014-06-23 2017-08-01 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device including first gate oxide semiconductor film, and second gate
CN104752231B (en) * 2015-03-27 2016-02-24 京东方科技集团股份有限公司 Thin-film transistor and preparation method, array base palte and preparation method, display unit
KR102293123B1 (en) * 2015-04-08 2021-08-24 삼성디스플레이 주식회사 Thin film transistor, organic light emitting diode display, and method for manufacturing organic light emitting diode display
CN105931985A (en) * 2016-05-13 2016-09-07 京东方科技集团股份有限公司 Array substrate, preparation method therefor, and display device
KR20180078018A (en) * 2016-12-29 2018-07-09 엘지디스플레이 주식회사 Electro-luminecense display apparatus and manufacturing method thereof
CN107146816B (en) * 2017-04-10 2020-05-15 华南理工大学 Oxide semiconductor film and thin film transistor prepared from same
KR102308097B1 (en) * 2017-04-24 2021-10-05 주성엔지니어링(주) Thin film transistor and method for manufacturing the same
US11545580B2 (en) * 2017-11-15 2023-01-03 South China University Of Technology Metal oxide (MO semiconductor and thin-film transistor and application thereof
CN110957215B (en) * 2018-09-26 2022-07-19 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 Planarization process
US11935964B2 (en) 2018-10-12 2024-03-19 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device
KR102567380B1 (en) * 2018-11-30 2023-08-16 엘지디스플레이 주식회사 Transistor, panel and manufacturing method of the transistor
WO2020111528A1 (en) * 2018-11-30 2020-06-04 엘지디스플레이 주식회사 Transistor, panel, and method for manufacturing transistor
TWI690060B (en) * 2019-04-25 2020-04-01 元太科技工業股份有限公司 Memory structure and manufacturing method thereof
CN112526779B (en) * 2020-11-24 2022-09-27 北海惠科光电技术有限公司 Substrate of display panel, driving method and non-portable display device

Family Cites Families (132)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60198861A (en) 1984-03-23 1985-10-08 Fujitsu Ltd Thin film transistor
JPH0244256B2 (en) 1987-01-28 1990-10-03 Kagaku Gijutsucho Mukizaishitsu Kenkyushocho INGAZN2O5DESHIMESARERUROTSUHOSHOKEINOSOJOKOZOOJUSURUKAGOBUTSUOYOBISONOSEIZOHO
JPH0244260B2 (en) 1987-02-24 1990-10-03 Kagaku Gijutsucho Mukizaishitsu Kenkyushocho INGAZN5O8DESHIMESARERUROTSUHOSHOKEINOSOJOKOZOOJUSURUKAGOBUTSUOYOBISONOSEIZOHO
JPS63210023A (en) 1987-02-24 1988-08-31 Natl Inst For Res In Inorg Mater Compound having laminar structure of hexagonal crystal system expressed by ingazn4o7 and its production
JPH0244258B2 (en) 1987-02-24 1990-10-03 Kagaku Gijutsucho Mukizaishitsu Kenkyushocho INGAZN3O6DESHIMESARERUROTSUHOSHOKEINOSOJOKOZOOJUSURUKAGOBUTSUOYOBISONOSEIZOHO
JPH0244262B2 (en) 1987-02-27 1990-10-03 Kagaku Gijutsucho Mukizaishitsu Kenkyushocho INGAZN6O9DESHIMESARERUROTSUHOSHOKEINOSOJOKOZOOJUSURUKAGOBUTSUOYOBISONOSEIZOHO
JPH0244263B2 (en) 1987-04-22 1990-10-03 Kagaku Gijutsucho Mukizaishitsu Kenkyushocho INGAZN7O10DESHIMESARERUROTSUHOSHOKEINOSOJOKOZOOJUSURUKAGOBUTSUOYOBISONOSEIZOHO
JPH05251705A (en) 1992-03-04 1993-09-28 Fuji Xerox Co Ltd Thin-film transistor
JP3479375B2 (en) 1995-03-27 2003-12-15 科学技術振興事業団 Metal oxide semiconductor device in which a pn junction is formed with a thin film transistor made of a metal oxide semiconductor such as cuprous oxide, and methods for manufacturing the same
DE69635107D1 (en) 1995-08-03 2005-09-29 Koninkl Philips Electronics Nv SEMICONDUCTOR ARRANGEMENT WITH A TRANSPARENT CIRCUIT ELEMENT
JP3625598B2 (en) 1995-12-30 2005-03-02 三星電子株式会社 Manufacturing method of liquid crystal display device
US6197624B1 (en) * 1997-08-29 2001-03-06 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Method of adjusting the threshold voltage in an SOI CMOS
JP4170454B2 (en) 1998-07-24 2008-10-22 Hoya株式会社 Article having transparent conductive oxide thin film and method for producing the same
JP2000150861A (en) 1998-11-16 2000-05-30 Tdk Corp Oxide thin film
JP3276930B2 (en) 1998-11-17 2002-04-22 科学技術振興事業団 Transistor and semiconductor device
TW460731B (en) 1999-09-03 2001-10-21 Ind Tech Res Inst Electrode structure and production method of wide viewing angle LCD
JP4089858B2 (en) 2000-09-01 2008-05-28 国立大学法人東北大学 Semiconductor device
KR20020038482A (en) 2000-11-15 2002-05-23 모리시타 요이찌 Thin film transistor array, method for producing the same, and display panel using the same
JP3997731B2 (en) 2001-03-19 2007-10-24 富士ゼロックス株式会社 Method for forming a crystalline semiconductor thin film on a substrate
JP2002289859A (en) 2001-03-23 2002-10-04 Minolta Co Ltd Thin-film transistor
JP3925839B2 (en) 2001-09-10 2007-06-06 シャープ株式会社 Semiconductor memory device and test method thereof
JP4090716B2 (en) 2001-09-10 2008-05-28 雅司 川崎 Thin film transistor and matrix display device
JP4164562B2 (en) 2002-09-11 2008-10-15 独立行政法人科学技術振興機構 Transparent thin film field effect transistor using homologous thin film as active layer
US7061014B2 (en) 2001-11-05 2006-06-13 Japan Science And Technology Agency Natural-superlattice homologous single crystal thin film, method for preparation thereof, and device using said single crystal thin film
JP4083486B2 (en) 2002-02-21 2008-04-30 独立行政法人科学技術振興機構 Method for producing LnCuO (S, Se, Te) single crystal thin film
US7049190B2 (en) 2002-03-15 2006-05-23 Sanyo Electric Co., Ltd. Method for forming ZnO film, method for forming ZnO semiconductor layer, method for fabricating semiconductor device, and semiconductor device
JP3933591B2 (en) 2002-03-26 2007-06-20 淳二 城戸 Organic electroluminescent device
US7339187B2 (en) 2002-05-21 2008-03-04 State Of Oregon Acting By And Through The Oregon State Board Of Higher Education On Behalf Of Oregon State University Transistor structures
JP2004022625A (en) 2002-06-13 2004-01-22 Murata Mfg Co Ltd Manufacturing method of semiconductor device and its manufacturing method
US7105868B2 (en) 2002-06-24 2006-09-12 Cermet, Inc. High-electron mobility transistor with zinc oxide
US7067843B2 (en) 2002-10-11 2006-06-27 E. I. Du Pont De Nemours And Company Transparent oxide semiconductor thin film transistors
JP4166105B2 (en) 2003-03-06 2008-10-15 シャープ株式会社 Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2004273732A (en) 2003-03-07 2004-09-30 Sharp Corp Active matrix substrate and its producing process
JP4108633B2 (en) 2003-06-20 2008-06-25 シャープ株式会社 THIN FILM TRANSISTOR, MANUFACTURING METHOD THEREOF, AND ELECTRONIC DEVICE
JP4480968B2 (en) 2003-07-18 2010-06-16 株式会社半導体エネルギー研究所 Display device
US7262463B2 (en) 2003-07-25 2007-08-28 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Transistor including a deposited channel region having a doped portion
US7358165B2 (en) * 2003-07-31 2008-04-15 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device
US7145174B2 (en) 2004-03-12 2006-12-05 Hewlett-Packard Development Company, Lp. Semiconductor device
US7297977B2 (en) 2004-03-12 2007-11-20 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Semiconductor device
EP1737044B1 (en) 2004-03-12 2014-12-10 Japan Science and Technology Agency Amorphous oxide and thin film transistor
US7282782B2 (en) 2004-03-12 2007-10-16 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Combined binary oxide semiconductor device
US7211825B2 (en) 2004-06-14 2007-05-01 Yi-Chi Shih Indium oxide-based thin film transistors and circuits
JP2006100760A (en) 2004-09-02 2006-04-13 Casio Comput Co Ltd Thin-film transistor and its manufacturing method
US7285501B2 (en) 2004-09-17 2007-10-23 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Method of forming a solution processed device
US7298084B2 (en) 2004-11-02 2007-11-20 3M Innovative Properties Company Methods and displays utilizing integrated zinc oxide row and column drivers in conjunction with organic light emitting diodes
US7863611B2 (en) 2004-11-10 2011-01-04 Canon Kabushiki Kaisha Integrated circuits utilizing amorphous oxides
US7829444B2 (en) 2004-11-10 2010-11-09 Canon Kabushiki Kaisha Field effect transistor manufacturing method
AU2005302964B2 (en) 2004-11-10 2010-11-04 Canon Kabushiki Kaisha Field effect transistor employing an amorphous oxide
CA2708335A1 (en) 2004-11-10 2006-05-18 Canon Kabushiki Kaisha Amorphous oxide and field effect transistor
EP1810335B1 (en) 2004-11-10 2020-05-27 Canon Kabushiki Kaisha Light-emitting device
US7453065B2 (en) 2004-11-10 2008-11-18 Canon Kabushiki Kaisha Sensor and image pickup device
US7791072B2 (en) 2004-11-10 2010-09-07 Canon Kabushiki Kaisha Display
US7579224B2 (en) 2005-01-21 2009-08-25 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Method for manufacturing a thin film semiconductor device
TWI412138B (en) 2005-01-28 2013-10-11 Semiconductor Energy Lab Semiconductor device, electronic device, and method of manufacturing semiconductor device
TWI569441B (en) 2005-01-28 2017-02-01 半導體能源研究所股份有限公司 Semiconductor device, electronic device, and method of manufacturing semiconductor device
US7858451B2 (en) 2005-02-03 2010-12-28 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Electronic device, semiconductor device and manufacturing method thereof
US7948171B2 (en) 2005-02-18 2011-05-24 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Light emitting device
US20060197092A1 (en) 2005-03-03 2006-09-07 Randy Hoffman System and method for forming conductive material on a substrate
US8681077B2 (en) 2005-03-18 2014-03-25 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device, and display device, driving method and electronic apparatus thereof
WO2006105077A2 (en) 2005-03-28 2006-10-05 Massachusetts Institute Of Technology Low voltage thin film transistor with high-k dielectric material
US7645478B2 (en) 2005-03-31 2010-01-12 3M Innovative Properties Company Methods of making displays
US8300031B2 (en) 2005-04-20 2012-10-30 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device comprising transistor having gate and drain connected through a current-voltage conversion element
JP2006344849A (en) 2005-06-10 2006-12-21 Casio Comput Co Ltd Thin film transistor
US7402506B2 (en) 2005-06-16 2008-07-22 Eastman Kodak Company Methods of making thin film transistors comprising zinc-oxide-based semiconductor materials and transistors made thereby
US7691666B2 (en) 2005-06-16 2010-04-06 Eastman Kodak Company Methods of making thin film transistors comprising zinc-oxide-based semiconductor materials and transistors made thereby
US7507618B2 (en) 2005-06-27 2009-03-24 3M Innovative Properties Company Method for making electronic devices using metal oxide nanoparticles
KR100711890B1 (en) 2005-07-28 2007-04-25 삼성에스디아이 주식회사 Organic Light Emitting Display and Fabrication Method for the same
JP2007059128A (en) 2005-08-23 2007-03-08 Canon Inc Organic electroluminescent display device and manufacturing method thereof
JP2007073705A (en) 2005-09-06 2007-03-22 Canon Inc Oxide-semiconductor channel film transistor and its method of manufacturing same
JP5116225B2 (en) 2005-09-06 2013-01-09 キヤノン株式会社 Manufacturing method of oxide semiconductor device
JP4850457B2 (en) 2005-09-06 2012-01-11 キヤノン株式会社 Thin film transistor and thin film diode
JP4280736B2 (en) 2005-09-06 2009-06-17 キヤノン株式会社 Semiconductor element
EP1998375A3 (en) 2005-09-29 2012-01-18 Semiconductor Energy Laboratory Co, Ltd. Semiconductor device having oxide semiconductor layer and manufacturing method
JP5064747B2 (en) * 2005-09-29 2012-10-31 株式会社半導体エネルギー研究所 Semiconductor device, electrophoretic display device, display module, electronic device, and method for manufacturing semiconductor device
JP5037808B2 (en) 2005-10-20 2012-10-03 キヤノン株式会社 Field effect transistor using amorphous oxide, and display device using the transistor
KR101112652B1 (en) 2005-11-15 2012-02-16 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 Active Matrix Display Device and a Television Receiver Including the Same
TWI292281B (en) 2005-12-29 2008-01-01 Ind Tech Res Inst Pixel structure of active organic light emitting diode and method of fabricating the same
US7867636B2 (en) 2006-01-11 2011-01-11 Murata Manufacturing Co., Ltd. Transparent conductive film and method for manufacturing the same
JP4977478B2 (en) 2006-01-21 2012-07-18 三星電子株式会社 ZnO film and method of manufacturing TFT using the same
US7576394B2 (en) 2006-02-02 2009-08-18 Kochi Industrial Promotion Center Thin film transistor including low resistance conductive thin films and manufacturing method thereof
US7977169B2 (en) 2006-02-15 2011-07-12 Kochi Industrial Promotion Center Semiconductor device including active layer made of zinc oxide with controlled orientations and manufacturing method thereof
US7696024B2 (en) * 2006-03-31 2010-04-13 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device and manufacturing method thereof
KR20070101595A (en) 2006-04-11 2007-10-17 삼성전자주식회사 Zno thin film transistor
US20070252928A1 (en) 2006-04-28 2007-11-01 Toppan Printing Co., Ltd. Structure, transmission type liquid crystal display, reflection type display and manufacturing method thereof
JP5028033B2 (en) 2006-06-13 2012-09-19 キヤノン株式会社 Oxide semiconductor film dry etching method
JP4609797B2 (en) 2006-08-09 2011-01-12 Nec液晶テクノロジー株式会社 Thin film device and manufacturing method thereof
JP4999400B2 (en) 2006-08-09 2012-08-15 キヤノン株式会社 Oxide semiconductor film dry etching method
JP4332545B2 (en) 2006-09-15 2009-09-16 キヤノン株式会社 Field effect transistor and manufacturing method thereof
JP5164357B2 (en) 2006-09-27 2013-03-21 キヤノン株式会社 Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device
JP4274219B2 (en) 2006-09-27 2009-06-03 セイコーエプソン株式会社 Electronic devices, organic electroluminescence devices, organic thin film semiconductor devices
US7622371B2 (en) 2006-10-10 2009-11-24 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Fused nanocrystal thin film semiconductor and method
US7772021B2 (en) 2006-11-29 2010-08-10 Samsung Electronics Co., Ltd. Flat panel displays comprising a thin-film transistor having a semiconductive oxide in its channel and methods of fabricating the same for use in flat panel displays
JP2008140684A (en) 2006-12-04 2008-06-19 Toppan Printing Co Ltd Color el display, and its manufacturing method
KR101303578B1 (en) 2007-01-05 2013-09-09 삼성전자주식회사 Etching method of thin film
US8207063B2 (en) 2007-01-26 2012-06-26 Eastman Kodak Company Process for atomic layer deposition
KR100851215B1 (en) 2007-03-14 2008-08-07 삼성에스디아이 주식회사 Thin film transistor and organic light-emitting dislplay device having the thin film transistor
US7795613B2 (en) 2007-04-17 2010-09-14 Toppan Printing Co., Ltd. Structure with transistor
KR101325053B1 (en) 2007-04-18 2013-11-05 삼성디스플레이 주식회사 Thin film transistor substrate and manufacturing method thereof
KR20080094300A (en) 2007-04-19 2008-10-23 삼성전자주식회사 Thin film transistor and method of manufacturing the same and flat panel display comprising the same
KR101334181B1 (en) 2007-04-20 2013-11-28 삼성전자주식회사 Thin Film Transistor having selectively crystallized channel layer and method of manufacturing the same
CN101663762B (en) 2007-04-25 2011-09-21 佳能株式会社 Oxynitride semiconductor
KR101345376B1 (en) 2007-05-29 2013-12-24 삼성전자주식회사 Fabrication method of ZnO family Thin film transistor
US20080296567A1 (en) * 2007-06-04 2008-12-04 Irving Lyn M Method of making thin film transistors comprising zinc-oxide-based semiconductor materials
US9054206B2 (en) * 2007-08-17 2015-06-09 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Method for manufacturing semiconductor device
KR101455304B1 (en) * 2007-10-05 2014-11-03 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 Thin film transistor, display device having thin film transistor, and method for manufacturing the same
JP2009135430A (en) * 2007-10-10 2009-06-18 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Method of manufacturing semiconductor device
US8202365B2 (en) 2007-12-17 2012-06-19 Fujifilm Corporation Process for producing oriented inorganic crystalline film, and semiconductor device using the oriented inorganic crystalline film
JP5324118B2 (en) * 2008-04-02 2013-10-23 富士フイルム株式会社 INORGANIC FILM, ITS MANUFACTURING METHOD, AND SEMICONDUCTOR DEVICE
KR100963104B1 (en) * 2008-07-08 2010-06-14 삼성모바일디스플레이주식회사 Thin film transistor, method of manufacturing the thin film transistor and flat panel display device having the thin film transistor
JP5616038B2 (en) * 2008-07-31 2014-10-29 株式会社半導体エネルギー研究所 Method for manufacturing semiconductor device
US9082857B2 (en) * 2008-09-01 2015-07-14 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device comprising an oxide semiconductor layer
JP4623179B2 (en) 2008-09-18 2011-02-02 ソニー株式会社 Thin film transistor and manufacturing method thereof
JP5552753B2 (en) * 2008-10-08 2014-07-16 ソニー株式会社 Thin film transistor and display device
JP5451280B2 (en) 2008-10-09 2014-03-26 キヤノン株式会社 Wurtzite crystal growth substrate, manufacturing method thereof, and semiconductor device
KR20110084523A (en) * 2008-11-07 2011-07-25 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 Semiconductor device
EP2184783B1 (en) 2008-11-07 2012-10-03 Semiconductor Energy Laboratory Co, Ltd. Semiconductor device and method for manufacturing the same
TWI502739B (en) 2008-11-13 2015-10-01 Semiconductor Energy Lab Semiconductor device and method for manufacturing the same
JP2010147269A (en) * 2008-12-19 2010-07-01 Sony Corp Method of manufacturing thin-film semiconductor device
US8383470B2 (en) 2008-12-25 2013-02-26 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Thin film transistor (TFT) having a protective layer and manufacturing method thereof
US7816275B1 (en) * 2009-04-03 2010-10-19 International Business Machines Corporation Gate patterning of nano-channel devices
US8766269B2 (en) * 2009-07-02 2014-07-01 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Light-emitting device, lighting device, and electronic device
JP2011049297A (en) * 2009-08-26 2011-03-10 Toppan Printing Co Ltd Method of manufacturing thin film transistor
US8008138B2 (en) * 2009-11-30 2011-08-30 International Business Machines Corporation Extremely thin semiconductor on insulator semiconductor device with suppressed dopant segregation
KR101035357B1 (en) * 2009-12-15 2011-05-20 삼성모바일디스플레이주식회사 Thin film transistor, method of manufacturing the thin film transistor and organic electroluminiscent device having the thin film transistor
US8227833B2 (en) * 2009-12-23 2012-07-24 Intel Corporation Dual layer gate dielectrics for non-silicon semiconductor devices
JP5685107B2 (en) * 2010-02-26 2015-03-18 株式会社半導体エネルギー研究所 Method for manufacturing semiconductor device
JP5520084B2 (en) 2010-03-03 2014-06-11 富士フイルム株式会社 Method for manufacturing field effect transistor
KR101932909B1 (en) * 2010-03-04 2018-12-27 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 Semiconductor memory device and semiconductor device
JP5565038B2 (en) * 2010-03-30 2014-08-06 凸版印刷株式会社 FIELD EFFECT TRANSISTOR, MANUFACTURING METHOD THEREOF, AND IMAGE DISPLAY DEVICE
KR20120006218A (en) * 2010-07-12 2012-01-18 한국전자통신연구원 Non-volatile memory transistor having double gate structure
KR101671952B1 (en) * 2010-07-23 2016-11-04 삼성디스플레이 주식회사 Display substrate and method of manufacturing the same
US20120064665A1 (en) 2010-09-13 2012-03-15 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Deposition apparatus, apparatus for successive deposition, and method for manufacturing semiconductor device

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